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Los físicos demuestran la aceleración de los electrones por un láser en un vacío
Acelerar un electrón libre con un láser ha sido un objetivo de largo plazo de los físicos de estado sólido.
David Cline, un distinguido profesor en el Departamento de UCLA de física y astronomía, y Ding Xiaoping, asistente de investigación de la UCLA, se han llevado a cabo investigaciones en el Laboratorio Nacional Brookhaven, en Nueva York y han establecido que un haz de electrones puede ser acelerado por un láser en el libre espacio.
Esto nunca se ha hecho antes en altas energías y representa un avance significativo, dijo Cline, quien agregó que también puede tener implicaciones para la fusión como una nueva fuente de energía.
En el espacio libre, un láser de onda plana es incapaz de acelerar un electrón, de acuerdo con el teorema de Lawson-Woodward, se postula en 1979. Sin embargo, Yu-kun Ho, profesor de la Universidad de China de Fudan, en Shanghai, y su grupo de investigación han propuesto un concepto de lo que los físicos llaman el escenario de captura-aceleración para demostrar que un electrón puede ser acelerado por un láser con una fuerte orientación en un vacío.
En el escenario de captura-aceleración, la difracción de un láser con una fuerte orientación cambia no sólo la distribución de la intensidad del láser, sino también su distribución de fase, lo que resulta en la velocidad de fase de campo siendo más baja que la velocidad de la luz en el vacío en algunas áreas.
Por lo tanto, se crea un canal que se superpone características tanto de fuerte campo eléctrico longitudinal y baja velocidad-láser de fase, y los electrones puede recibir ganancia de energía desde el láser. El efecto de aceleración aumenta junto con el aumento de la intensidad del láser, dijo Cline. Este canal de electrones puede ser útil para otras actividades científicas, como orientar un haz de electrones en una región específica de las aplicaciones de fusión láser, dijo.
Una posible aplicación de este descubrimiento es el uso de la fusión de plasma láser para proporcionar una nueva fuente de energía para los EE.UU. y otros países. El foco del láser genera un canal natural que puede capturar electrones y los llevan en un gránulo que explota, por fusión, para producir el exceso de energía, dijo Cline.
Con fondos federales del Departamento de Energía de los EE.UU., un proyecto para llevar a cabo un ensayo de la viga de prueba de principio para la novela aceleración vacío a las instalaciones de pruebas del acelerador de Brookhaven National Laboratory (BNL-ATF) se ha propuesto y aprobado - una colaboración entre el UCLA Centro de Aceleradores avanzados, de los cuales Cline es el investigador principal, el grupo de Ho y el equipo de las instalaciones de pruebas Accelerator.
BNL-ATF es una de las pocas instalaciones que pueden proporcionar un haz de electrones de alta calidad y un rayo láser de alta intensidad para el ensayo de la viga, dijo Cline. El grupo de Ho proporciona apoyo teórico. Científicos de la UCLA - Cline, Ding Lei y Shao, un ex estudiante graduado en física de UCLA de Cline - son responsables de todo el experimento y el análisis de datos experimentales.
Trabajo de investigación Simulación y diseño de hardware se han realizado de conformidad con las condiciones experimentales de BNL-ATF. Los resultados de las simulaciones predicen que los fenómenos de aceleración láser de vacío se pueden observar con el sistema de diagnóstico de la ATF.
Cline, Ding, Ho y sus colegas publicaron dos trabajos el mes pasado en esta investigación: "Configuración de Predicción y Simulación Experimento de Aceleración del vacío del laser en la Instalación Nacional de Brookhaven Lab Test-Accelerator," en los Instrumentos journalNuclear y Métodos en Investigación Física A, y el papel descubrimiento "Primera observación de aceleración de electrones por un láser en un vacío", en Journal of Modern Physics.
El principal resultado del experimento es mostrar el aumento de la energía del haz causada por el láser, como se ilustra en el gráfico adjunto de los datos recogidos desde el espectrómetro en línea de haz N º 1 en el BNL-ATF. Cada fila de dos marcos representa una instantánea de par de "láser" (lado derecho) y "laser off" (lado izquierdo) con la configuración sin cambios. Uno puede ver un claro aumento de estas imágenes, la prueba de que el láser acelera el haz de 20 mega-electrón-voltios de electrones en el vacío. La longitud de la imagen haz revela la propagación de la energía del haz. El experimento registró 30 tiros. Veinte disparos fueron de alta intensidad y los efectos del láser de encendido / apagado del láser mostraron diferencia. Cuatro ejemplos de disparo se muestran en el gráfico.
UCLA 'bosón de fábrica' taller: 21 de marzo
El Departamento de Física y Astronomía de la UCLA patrocinarán un taller de 21 a 23 marzo en el bosón de Higgs y el desarrollo de un bosón de muones fábrica colisionador. Temas en el taller incluirán los últimos resultados del Gran Colisionador de Hadrones y la importancia de la partícula bosón de Higgs. Para obtener más información, visitehttp :/ / ucla.in/V85UyL.
"El descubrimiento del bosón de Higgs el pasado 4 de julio es uno de los descubrimientos más grandes de todos los tiempos y una clave para la comprensión del universo", dijo Cline. "Sin embargo, con el fin de estudiar en detalle, una nueva fuente debe ser construido para producir cientos de miles de partículas de Higgs por año y para estudiar las propiedades detalladas que podrían contarnos más sobre el origen de esta partícula y otra nueva física. Este taller UCLA discutirá 'fábricas de Higgs. Esperamos que los expertos en la física del acelerador, la cosmología y la física de partículas a asistir. Con la construcción de interés después del descubrimiento de una partícula consistente con el bosón de Higgs, las puertas se abren a una nueva serie de preguntas y discusiones ".
UCLA es la universidad más grande de California, con una matrícula de más de 40.000 estudiantes de pregrado y posgrado. La Universidad UCLA de Letras y Ciencias y 11 escuelas profesionales de la universidad cuentan con profesores de renombre y ofrecen 337 programas de grado y especializaciones. UCLA es un líder nacional e internacional en la amplitud y la calidad de su investigación, la atención académica de salud, culturales, de educación continua y programas de atletismo. Seis ex alumnos y seis profesores han sido galardonados con el Premio Nobel.
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