Un team di scienziati ha escogitato un modo per migliorare i fasci di elettroni e produrre fasci di raggi X più luminosi:mettere un anello su di essi. Il gruppo, che comprende ricercatori del Dipartimento dell'Energia del SLAC National Accelerator Laboratory e della Stanford University, hanno pubblicato i loro risultati in Lettere di revisione fisica all'inizio di questo mese.

Ai laser a raggi X a elettroni liberi come Linac Coherent Light Source (LCLS) di SLAC, gli scienziati comprimono e accelerano i fasci di elettroni quasi alla velocità della luce, quindi muovili avanti e indietro attraverso una serie di magneti per creare raggi X. Questi raggi X vengono quindi utilizzati per indagare su fattori biologici, campioni chimici e materiali, consentendo agli scienziati di creare immagini ad alta risoluzione di come si muovono le loro strutture molecolari.

I ricercatori hanno scoperto che questi fasci di elettroni sono più stabili quando sono lunghi e lisci, come un football americano, producendo raggi X più luminosi con lunghezze d'onda più uniformi e consentendo immagini ad alta risoluzione. Ma poiché gli elettroni si respingono quando vengono generati nel vuoto, i grappoli finiscono più corti e imprevedibilmente irregolari, "come un pallone da calcio sgonfio ricoperto di spuntoni, ", afferma lo scienziato SLAC e ricercatore principale Sergio Carbajo.

Gonfiare il calcio

Per affrontare questo problema, gli scienziati usano un dispositivo chiamato riscaldatore laser, una tecnica che è stata a lungo studiata allo SLAC dai coautori Zhirong Huang e Daniel Ratner. Il riscaldatore laser scuote il fascio di elettroni avanti e indietro mentre segue il percorso di un raggio laser a infrarossi, permettendo agli scienziati di creare più a lungo, grappoli di forma migliore. Questo processo inietta energia nei grappoli, "introdurre un po' di caos all'inizio per prevenire ulteriore caos lungo la linea, "dice Carbajo.

"L'idea è che se non facciamo nulla per gonfiare e levigare le punte del pallone prima di mandarlo giù per l'acceleratore lineare, le imperfezioni si amplificheranno e la qualità del fascio si deteriorerà, " dice. "Ma se "scaldiamo" l'elettrone e cambiamo la sua distribuzione di energia all'inizio, possiamo adattare la sua forma per migliorarne la qualità quando raggiunge la fine dell'acceleratore."

"Laser ciambella"

In questa nuova ricerca, il team ha migliorato questo dispositivo scavando il raggio laser in un "laser a ciambella" a forma di anello. Questa nuova tecnica di modellazione degli elettroni migliora l'irregolarità e produce un mazzo più stabile perché scuote gli elettroni in modo diverso a seconda di quanto sono vicini al centro dell'anello. Il risultato finale è un pallone da calcio perfettamente sagomato adatto a volare in qualsiasi Super Bowl subatomico.

"Questa tecnica aumenta la qualità complessiva del gruppo di elettroni, " Dice Carbajo. "Fornisce un controllo preciso sulla forma di un fascio di elettroni e quindi può essere determinante nell'ingrandimento delle prestazioni degli strumenti scientifici che si basano su di essi, come anelli di stoccaggio, acceleratori lineari e sorgenti luminose."