Forskare har utvecklat en ny teknik för att bättre mäta speciellt "terahertz"-ljus. Detta ljus färdas i vågor längre än det infraröda ljuset som är bortom vad det mänskliga ögat uppfattar. Den nya samplingstekniken bevarar korrelationerna mellan position och tid i en puls av terahertzljus. Tekniken tillåter forskare att mäta formen på terahertz "ljuskulor", fokuserade ljusblixtar som är lika breda som de är långa. Detta hjälper forskare att lära sig hur de kan använda terahertz-pulser för att förbättra partikelacceleratorer. Partikelacceleratorer hjälper forskare att undersöka nya material, proteiner och till och med byggstenarna i vårt universum, och förbättrade acceleratorer skulle hjälpa till att främja industri, medicin och vetenskaplig forskning.

Moderna partikelacceleratoranläggningar kan vara enorma. Terahertz-teknik kan erbjuda en väg att miniatyrisera dem. Till exempel är protonacceleratorn vid Spallation Neutron Source, en avdelning för energianvändare, tre fotbollsplaner lång. Med hjälp av terahertzljus kunde partiklar nå samma energi på mindre än längden av en ändzon. Sådan miniatyrisering kan hjälpa anläggningar att nå högre energier för nya vetenskapliga upptäckter. Detta kommer att kräva att forskare lär sig mer om egenskaperna och beteendet hos terahertzljus. Denna nya mätteknik kommer att bidra till att göra dessa mindre framtida acceleratorer möjliga.

Forskare vid Oak Ridge National Laboratory, hem för Spallation Neutron Source-användaranläggningen, undersöker hur man producerar och använder terahertzljus för att möjliggöra partikelacceleratorer som använder terahertz-teknik. Att göra terahertz-ljuskulor med intensiva lasrar är en lovande metod eftersom terahertz-energin är starkt koncentrerad, vilket skapar mycket höga accelererande fält. Genom att utveckla en ny mätteknik har forskare upptäckt att när det fokuseras på sitt mål kommer detta terahertzljus att ändra form, vilket möjligen påverkar partikelacceleratorns prestanda.

Terahertz-ljuskulorna ändrar form eftersom de är uppbyggda av många terahertz-frekvenser, liknande hur vitt ljus är gjort av olika synliga frekvenser eller färger. Precis som färgerna på vitt ljus kan separeras för att göra en regnbåge, kan färgerna på detta terahertz-ljus separeras från varandra när det fokuseras på ett mål. Om den inte beaktas leder denna separation till brister i ljusets form och gör det mindre koncentrerat vilket kan resultera i svagare partikelacceleration. Men genom att använda denna nya elektrooptiska provtagningsmetod i kombination med modelleringsverktyg kan dessa ofullkomligheter mätas och användas i utformningen av ny optik för att korrigera terahertzformen. Med en smart optisk design kan det till och med vara möjligt att förbättra terahertzformen och förbättra partikelaccelerationen.

Forskningen publicerades i Physical Review A . + Utforska vidare

Liten dubbelaccelerator återvinner energi