Un impulso di luce terahertz è focalizzato (verde) su un acceleratore di particelle miniaturizzato per dare energia alle particelle (sfere blu). La nuova tecnologia misura come cambia la forma dell'impulso terahertz (immagini del riquadro) mentre è focalizzato sul suo obiettivo. Credito:Oak Ridge National Laboratory
I ricercatori hanno sviluppato una nuova tecnica per misurare meglio la luce speciale "terahertz". Questa luce viaggia in onde più lunghe della luce infrarossa che è al di là di ciò che l'occhio umano percepisce. La nuova tecnica di campionamento preserva le correlazioni tra posizione e tempo in un impulso di luce terahertz. La tecnica consente ai ricercatori di misurare la forma dei "proiettili di luce" terahertz, lampi di luce focalizzati tanto ampi quanto lunghi. Questo aiuta i ricercatori a imparare come utilizzare gli impulsi terahertz per migliorare gli acceleratori di particelle. Gli acceleratori di particelle aiutano gli scienziati a esaminare nuovi materiali, proteine e persino i mattoni del nostro universo e acceleratori migliorati aiuterebbero a far progredire l'industria, la medicina e la ricerca scientifica.
Le moderne strutture dell'acceleratore di particelle possono essere enormi. La tecnologia Terahertz può offrire un percorso per miniaturizzarli. Ad esempio, l'acceleratore di protoni presso lo Spallation Neutron Source, una struttura che utilizza il Dipartimento dell'Energia, è lungo tre campi da calcio. Usando la luce terahertz, le particelle potrebbero raggiungere la stessa energia in meno della lunghezza di una zona terminale. Tale miniaturizzazione potrebbe aiutare le strutture a raggiungere energie più elevate per nuove scoperte scientifiche. Ciò richiederà agli scienziati di saperne di più sulle caratteristiche e sul comportamento della luce terahertz. Questa nuova tecnica di misurazione contribuirà a rendere possibili questi piccoli acceleratori futuri.
Gli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory, sede della struttura per gli utenti di Spallation Neutron Source, stanno studiando come produrre e utilizzare la luce terahertz per abilitare gli acceleratori di particelle utilizzando la tecnologia terahertz. Realizzare proiettili di luce terahertz con laser intensi è un metodo promettente perché l'energia terahertz è fortemente concentrata, creando campi di accelerazione molto elevati. Sviluppando una nuova tecnica di misurazione, i ricercatori hanno scoperto che, se focalizzata sul bersaglio, questa luce terahertz cambierà la sua forma, influenzando probabilmente le prestazioni dell'acceleratore di particelle.
I proiettili di luce terahertz cambiano forma perché sono costituiti da molte frequenze terahertz, in modo simile a come la luce bianca è composta da diverse frequenze o colori visibili. Proprio come i colori della luce bianca possono separarsi per formare un arcobaleno, i colori di questa luce terahertz possono separarsi l'uno dall'altro quando sono focalizzati su un obiettivo. Se non viene presa in considerazione, questa separazione porta a imperfezioni nella forma della luce e la rende meno concentrata, il che potrebbe comportare un'accelerazione delle particelle più debole. Tuttavia, utilizzando questo nuovo metodo di campionamento elettro-ottico in combinazione con strumenti di modellazione, queste imperfezioni possono essere misurate e utilizzate nella progettazione di nuove ottiche per correggere la forma dei terahertz. Con un design ottico intelligente, potrebbe anche essere possibile migliorare la forma dei terahertz e aumentare l'accelerazione delle particelle.
La ricerca è stata pubblicata su Physical Review A . + Esplora ulteriormente
