Den detekterade intensiteten från två koherenta punktliknande ljuskällor beror på deras relativa positioner. Det är ett välkänt fenomen som kallas optisk störning. I allmänhet, intensiteten kan sträcka sig från noll (destruktiv störning) till något maximalt värde (konstruktiv störning).

Tänk på två högenergielektroner som cirkulerar i en partikellagringsring, såsom den integrerade optiska testacceleratorn på Fermilab. Som det upptäcktes 1947, när högenergielektroner tvingas färdas i en krökt bana, de avger ljus, känd som synkrotronstrålning. Om vi ​​registrerar den detekterade synkrotronljusintensiteten vid varje varv i en lagringsring, vi kommer att observera små fluktuationer av dess storlek från tur till sväng eftersom de två elektronernas relativa positioner förändras.

IOTA-lagringsringen, värd av Department of Energy's Fermilab, kan lagra en miljard elektroner. Precis som i fallet med två elektroner, svängningarna från sväng till sväng av miljarder elektroners strålningsintensitet existerar fortfarande, och av samma skäl. Svängningarna är mycket små, under 0,1 % (root-mean square). Fortfarande, vår forskargrupp kunde mäta dem, och vi visade att denna information kan användas för att få insikter i elektronstrålens egenskaper, såsom dess dimensioner och divergens – ett mått på spridning i rörelseriktningarna för elektronerna i strålen.

Principbevismätningarna i IOTA utfördes i det nära-infraröda synkrotronljusspektrumområdet. Känsligheten hos denna icke-invasiva metod för att bestämma elektronstråleegenskaperna förbättras när synkrotronljus med kortare våglängd och högre ljusstyrka används. Detta innebär att det särskilt kan gynna befintliga toppmoderna och nästa generations lågemitterande högljuskällor för ultraviolett ljus och röntgensynkrotronljus, där icke-invasiv elektronstrålekarakterisering är svår.

Till exempel, vi tror att denna metod skulle kunna mäta tvärgående strålstorlekar i storleksordningen 10 mikron i Advanced Photon Source Upgrade vid Argonne National Laboratory, genom att använda sväng-till-sväng-fluktuationerna i röntgensynkrotronljuset. Detta är ett viktigt steg för att göra tätare elektronstrålar, som i sin tur genererar ljusare röntgenstrålar. Med ljusare röntgenstrålar, forskare kommer att kunna påskynda forskning inom kemi, materialvetenskap och medicin, inklusive forskning om covid-19.

En artikel om detta resultat kommer att publiceras i Fysiska granskningsbrev . En utökad följeslagare kommer att publiceras i Fysisk granskning Acceleratorer och strålar . Motsvarande artiklar "Mätning av transversell strålemission genom undulatorstrålningseffektbrus" och "Mätningar av undulatorstrålningseffektbrus och jämförelse med ab initio-beräkningar" publicerades på arXiv.