เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง การเร่งด้วยเลเซอร์เวคฟิลด์และการเร่งด้วยเวคฟิลด์ในพลาสมามีศักยภาพที่จะเพิ่มพลังงานของเครื่องเร่งอนุภาค แต่การใช้เทคนิคนี้เป็นสิ่งที่ท้าทาย ตอนนี้ ทีมงานนานาชาติได้เร่งอิเล็กตรอนโดยใช้ “เครื่องเร่งอนุภาคเวคฟิลด์ด้วยเลเซอร์” ซึ่งรวมข้อดีของทั้งสองเทคนิคเข้าด้วยกัน เครื่องเร่งอนุภาคดังกล่าวสามารถเพิ่มจำนวนสิ่งอำนวยความสะดวกด้านฟิสิกส์อนุภาคพลังงานสูงทั่วโลก
ใช้เพื่อสร้างเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระ
ที่ใช้โดยสาขาวิชาวิทยาศาสตร์ที่หลากหลายเครื่องเร่งอนุภาคมีหน้าที่รับผิดชอบในการค้นพบที่สำคัญที่สุดบางอย่างในฟิสิกส์ แต่ความจำเป็นในการชนอนุภาคด้วยพลังงานที่สูงขึ้นกว่าเดิมกำลังผลักดันเทคโนโลยีที่มีอยู่ให้ถึงขีด จำกัด เครื่องเร่งความเร็วแบบธรรมดาใช้สนามไฟฟ้าความถี่วิทยุ แต่ความเสี่ยงที่ส่วนประกอบจะเสียหายจากการปล่อยอาร์ค หรือแม้แต่ทำให้พวกมันละลายโดยความร้อนสูงเกินไป จะเป็นการจำกัดสนามสูงสุดที่สามารถใช้ได้ ผลที่ตามมาก็คือ เครื่องเร่งอนุภาคมีขนาดใหญ่ มีราคาแพง และไม่สามารถเข้าถึงได้สำหรับนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ แท้จริงแล้ว มีสิ่งอำนวยความสะดวกเพียงไม่กี่แห่งทั่วโลก เช่น Large Hadron Collider ที่ CERN ที่สามารถทำการวิจัยฟิสิกส์อนุภาคที่ทันสมัยได้
เครื่องเร่งความเร็ว Wakefield เป็นทางเลือกใหม่ที่ใช้พลังงานพัลส์เพื่อสร้างคลื่นสนามไฟฟ้าในพลาสมาที่อยู่กับที่ เหมือนกับเรือที่ปล่อยทิ้งไว้ขณะที่แล่นผ่านน้ำ หากกลุ่มอนุภาคต่อท้ายถูกจับเวลาอย่างเหมาะสม มันสามารถท่องคลื่นนี้และเร่งความเร็วให้สูงชันกว่าที่เป็นไปได้ในเครื่องเร่งความเร็วแบบเดิม อย่างไรก็ตาม ปัญหาคือการสร้างชีพจรของพลังงานนี้
ปัญหาชีพจรทางเลือกหนึ่งคือการใช้เลเซอร์ แต่ตัวเร่งความเร็วด้วยเลเซอร์เวคฟิลด์มีข้อ จำกัด ที่ร้ายแรง: “พลังงานสูงสุดที่คุณจะได้รับจากการเร่งความเร็วด้วยเลเซอร์นั้นถูก จำกัด ด้วยการแยกเฟสที่เรียกว่า” นักฟิสิกส์เร่งArie Irmanจาก Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf อธิบาย ในประเทศเยอรมนี “คลื่นพลาสม่านั้นช้าเกินไปเมื่อเทียบกับอิเล็กตรอนที่เร่งความเร็วของคุณ” อีกทางเลือกหนึ่งที่เรียกว่าการเร่งความเร็วของเวคฟิลด์ในพลาสมาคือการฉีดอนุภาค “ไดรฟ์”
ที่มีพลังงานสูงจำนวนมาก โดยใช้พลาสมาเป็นกลไก
การถ่ายเทพลังงานเพื่อเร่งอนุภาคแต่ละอนุภาคในกลุ่มต่อท้ายที่เล็กกว่ามากให้มีพลังงานสูงกว่าอนุภาคใน พวงของไดรฟ์ อย่างไรก็ตาม “ตัวเร่งความเร็วเวคฟิลด์พลาสม่า” เหล่านี้ยังคงต้องการเครื่องเร่งอนุภาคแบบเดิมเพื่อสร้างกลุ่มของไดรฟ์
ในปี 2010 Bernard Hiddingที่มหาวิทยาลัย Heinrich Heine ในเมือง Düsseldorf และปัจจุบันอยู่ที่ University of Strathclyde ได้เสนอการผสมผสานข้อดีของทั้งสองอย่างเข้าด้วยกันโดยใช้เลเซอร์เพื่อสร้างพลาสมา ซึ่งอาจใช้ในการส่งลำอนุภาคผ่าน พลาสม่าอื่น ต่อจากนั้น กลุ่มวิจัยหลายกลุ่มได้ตระหนักถึงการประมาณของอุปกรณ์ดังกล่าว และตอนนี้ Irman, Hidding และเพื่อนร่วมงานได้สาธิตเครื่องที่สามารถเร่งอิเล็กตรอนได้จริงเป็นครั้งแรก
เครื่องเร่งความเร็วของนักวิจัยแบ่งออกเป็นสองส่วน (ดูรูป) ด้านหนึ่งพัลส์เลเซอร์กำลังสูงจะเคลื่อนผ่านก๊าซ ทำให้เกิดไอออไนซ์ และส่งคลื่นพลาสมาไปยังแผ่นฟอยล์เหล็ก สิ่งนี้สะท้อนแสงเลเซอร์ แต่จะถูกทำให้แตกตัวเป็นไอออนชั่วขณะ ทำให้ประจุจากพลาสมาผ่านเข้าไปในก๊าซที่เตรียมการแตกตัวเป็นไอออนในอีกด้านหนึ่ง เวคฟิลด์ขนาดใหญ่ถูกสร้างขึ้นในพลาสมา ทำให้นักวิจัยสามารถเร่งอิเล็กตรอนให้เป็น 128 MeV ในเวลาเพียงไม่กี่มิลลิเมตร – ความเร่งที่ 100 GV/m2 ซึ่งสูงกว่าคันเร่งแบบเดิมอย่างน้อย 1,000 เท่า
สิ่งอำนวยความสะดวกของมหาวิทยาลัยแม้ว่าโรงงานเลเซอร์กำลังสูงสำหรับผู้เชี่ยวชาญจะต้องทำการทดลอง เลเซอร์ดังกล่าวพบได้บ่อยกว่าเครื่องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่: “ตัวอย่างเช่น ในสหราชอาณาจักรมีโรงงานเลเซอร์สองแห่ง แต่ไม่มีสิ่งอำนวยความสะดวกการเร่งความเร็วเวคฟิลด์พลาสมาที่ขับเคลื่อนด้วย RF , Irman กล่าว; “ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ฉันคิดว่ามันจะกลายเป็นมาตรฐานที่แม้แต่มหาวิทยาลัยก็สามารถซื้อเลเซอร์ 100 TW ดังกล่าวได้”
ยุโรปจัดทำแผนสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคด้วยพลาสม่า
“[งาน] นี้วิเศษมากเพราะคนเหล่านี้ประสบความสำเร็จในสิ่งที่ภาคสนามคิดมาตลอดหลายปี นั่นคือการทำวิจัยเครื่องเร่งอนุภาคพลาสม่า-เวคฟิลด์ที่ขับเคลื่อนด้วยอิเล็กตรอนด้วยลำแสงอิเล็กตรอนในระดับมหาวิทยาลัย แทนที่จะต้องพึ่งพาศูนย์วิจัยเพียงไม่กี่แห่งเหล่านี้ ในโลก” Michael Litos นักฟิสิกส์เครื่องเร่งพลาสมา แห่งมหาวิทยาลัยโคโลราโดในโบลเดอร์กล่าว
เขาเชื่อว่าหนึ่งในแอปพลิเคชั่นแรกๆ อาจเป็นการผลิตเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระเอ็กซ์เรย์ ซึ่งต้องใช้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูง “ตอนนี้ ที่เดียวที่คุณจะได้รับพัลส์เลเซอร์เอ็กซ์เรย์ความสว่างสูงเหล่านี้มาจากสิ่งอำนวยความสะดวกอย่าง SLAC ที่ซึ่งมีแหล่งกำเนิดแสง Linac Coherent… พวกมันมีประโยชน์มากมายและเป็นที่ต้องการอย่างมาก ก่อนที่เราจะไปถึงเครื่องชนกัน ฉันต้องบอกว่าหนึ่งในแอปพลิเคชั่นในฝันสำหรับเทคโนโลยีเครื่องเร่งพลาสมาคือการผลิตเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระระดับมหาวิทยาลัย”
เส้นใยแก้วนำแสงส่งผ่านแสงผ่านกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูงของการสะท้อนแสงภายในทั้งหมด และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมโทรคมนาคม เนื่องจากเครือข่ายไฟเบอร์มีข้อมูลจำนวนมากโดยมีการสูญเสียสัญญาณต่ำ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการถ่ายโอนข้อมูลในระยะทางไกล เมื่อเทคโนโลยีไฟเบอร์ดีขึ้น ประโยชน์เหล่านี้ก็ถูกนำไปใช้กับการถ่ายโอนข้อมูลในระยะทางที่สั้นลงเช่นกัน เช่น การเชื่อมต่อระหว่างบ้านกับเครือข่ายใยแก้วนำแสง และการเชื่อมต่อออปติคัลในอุปกรณ์ขนาดชิป
ส่วนประกอบออปติคัลมีขนาดเล็กและเบากว่าสายไฟฟ้านำความร้อนขนาดใหญ่ และภาระความร้อนต่ำทำให้น่าสนใจเป็นพิเศษสำหรับนักพัฒนาคอมพิวเตอร์ควอนตัมที่ใช้ควอนตัมบิต (qubits) ตัวนำยิ่งยวดในการจัดเก็บข้อมูล ในปัจจุบัน อุปกรณ์เหล่านี้ต้องการอุณหภูมิที่ต่ำมากจึงจะใช้งานได้ ซึ่งทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับวิธีการเพิ่ม qubits มากขึ้นในขณะที่จัดการการระบายความร้อนของส่วนประกอบเพิ่มเติม เว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง
