Американские физики вновь продемонстрировали перспективность плазменного ускорения заряженных частиц. Таким способом им удалось почти вдвое увеличить энергию электронов, разогнанных на крупнейшем в мире Стэнфордском линейном ускорителе (SLAC).
Как известно, мощные ускорители электронов отличаются более чем солидными размерами. SLAC, который доводит энергию электронов до 50 ГэВ, имеет длину 3200 м. И это отнюдь не случайно. Размеры радиочастотных вакуумных ускорителей зависят от предела напряженности ускоряющего электрического поля, который не превышает ста миллионов вольт на метр из-за возможности пробоя (рабочий показатель SLAC куда меньше, двадцать миллионов вольт на метр). По этой причине вот уже пару десятков лет ученые обсуждают возможность ускорения электронов не в пустом пространстве, а в плазме. В этом случае электроны наращивают скорость, двигаясь 'на гребне' быстро распространяющихся возмущений плотности плазменных зарядов, так называемых кильватерных волн (wakefield). Плазменный разгон в кильватерных волнах в принципе позволяет на три-четыре порядка повысить напряженность электрического поля и при этом не создает опасности пробоя. Поля такой силы можно использовать для разгона электронов или иных заряженных частиц до релятивистских и ультрарелятивистских энергий (частица считается релятивистской, если отношение ее скорости к скорости света сравнимо с единицей и ультрарелятивистской - если оно очень близко к единице) на дистанциях порядка нескольких метров или даже сантиметров.
Кильватерные волны чаще всего возбуждают с помощью мощных импульсов лазерного излучения. Каждый такой импульс выталкивает электроны со своего пути и потому тянет за собой волну зарядовой плотности. В сильно разреженной плазме скорость импульса почти не отличается от скорости света. Поскольку кильватерная волна распространяется вслед за импульсом без отставания, ее фазовая скорость совпадает с групповой скоростью самого импульса, то есть опять-таки приближается к световой.
Возможности лазерного ускорения электронов в кильватерных плазменных волнах изучают во многих лабораториях мира. В этих экспериментах сгустки электронов инжектируются в плазму, которая одновременно 'обрабатывается' лазерными импульсами (сами сгустки могут предварительно разгоняться в радиочастотном ускорителе). В прошлом году сотрудники Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли в сотрудничестве с английскими физиками использовали для генерации кильватерных волн 40- тераваттный лазер и с его помощью разогнали электроны до энергии чуть больше 1 ГэВ. К тому же им удалось получить почти монохроматические электронные сгустки, внутри которых разброс частиц по энергиям не превышал двух с половиной процентов.
Другой метод плазменного ускорения позволяет обойтись без лазеров. В этом случае входящий в камеру с разреженным газом или паром пучок быстрых заряженных частиц сам ионизирует эту среду и создает в ней кильватерные волны, которые и тянут за собой часть пучка. В 2005 году Марк Хоган (Mark Hogan) и его коллеги таким способом добились прироста энергии электронов на 2,7 ГэВ на пути в 10 см. Правда, у этого метода есть серьезный недостаток по сравнению с лазерным плазменным ускорением - большая часть пучка резко теряет энергию, ускорить удается лишь сравнительно небольшую долю частиц.
Только что из Калифорнии пришло сообщение о новом рекорде, установленном группой Хогана при помощи этой техники. Экспериментаторы направили в заполненную парами лития камеру длиной 85 сантиметров пучок электронов, которые SLAC разогнал до ультрарелятивистской энергии 42 ГэВ. Напряженность электрического поля возникшей кильватерной волны в максимуме достигла 52 миллиардов вольт на метр. В результате некоторые электроны ускорились настолько, что их энергия дошла до 85 ГэВ, иначе говоря, выросла ровно вдвое. Правда, вошедший в камеру монохроматический пучок опять сильно размазался по энергиям, однако ученые надеются, что эту проблему со временем удастся решить. АЛ
Космос не слишком милостив к Стране восходящего солнца. Утрачен посланный к Марсу зонд Nozomi, аппарат Hayabusa дышит на ладан после визита к астероиду, а на лунной программе, того гляди, придется поставить крест. Тут даже с восточной сдержанностью в бутылку полезешь. Возможно, чтобы снять невесть чем заслуженное проклятье, японцы решили скрестить суровый космический вакуум с теплом древнего спиртного напитка.
С 21 февраля в Японии можно купить совершенно неземное саке. Производители этого самого японского вида алкоголя с острова Сикоку общими усилиями отправили на орбиту вместе с российским 'Союзом' небольшое количество дрожжей. Побывавшие на МКС дрожжи были после возвращены владельцам, а те по особой технологии (а как же иначе?!) культивировали ценный грибок, создав на его основе новый вид саке.
Если быть точным, то 'рисовой водки' в мире стало больше аж на 29 сортов. Эксперты, которые, конечно, самым тщательным образом и не по одному разу проверили качество напитков, отмечают неповторимую глубину вкуса. Это, впрочем, неудивительно, если учесть необъятность космоса, да и количество дегустаций тоже.
Каждый японец или просто 'сочувствующий' может стать обладателем одной-двух бутылочек из тех ста тысяч, в которые разлили оставшийся после экспертов продукт. Возможно, когда звездная хмель распространится по всей Японии, дела с космосом пойдут на лад. В крайнем случае, эти (да и другие) невзгоды будут видеться уже в не столь мрачном свете. АБ
Американские физики изобрели прибор, способный в обычных условиях измерять массы порядка аттограмма (10–18 г). Устройства со столь высокой чувствительностью уже существуют, однако они могут проводить измерения только в вакууме или при охлаждении до сверхнизких температур. Новый масс- детектор, созданный в Калифорнийском технологическом институте под руководством Майкла Рукса (Michael Rookes), свободен от этих ограничений.
Роль сенсора в аттограммовых 'весах' прежних типов играет полупроводниковая пластинка- вибратор. Когда на ее свободный конец помещается груз, частота колебаний меняется в зависимости от его веса. Новый прибор тоже использует упругую пластину шириной 400 нм и толщиной 80 нм, изготовленную из нескольких слоев металлической пленки. Применение этого материала облегчает создание наносенсора и позволяет измерять частоты его колебаний в диапазоне от 30 до 300 МГц.
Однако главное преимущество прибора состоит в том, что размеры вибрирующей пластины сопоставимы со средней длиной свободного пробега молекул газов воздуха при атмосферном давлении и комнатной температуре (примерно 65 нм). Поэтому детектор 'не чувствует' вязкости воздуха и может работать при атмосферном давлении не хуже, чем в глубоком вакууме. Его чувствительность составляет одну десятую аттограмма, что является новым мировым рекордом. АЛ
Новости подготовили
Галактион Андреев
Тимофей Бахвалов
Александр Бумагин
Артем Захаров
Денис Зенкин
Евгений Золотов
Денис Коновальчик
Сергей Кириенко
Игорь Куксов
Алексей Левин
Иван Прохоров
Андрей Харланов
Дмитрий Шабанов
