Une équipe de scientifiques a trouvé un moyen d'améliorer les paquets d'électrons et de produire des faisceaux de rayons X plus brillants :placez-leur un anneau. L'équipe, qui comprend des chercheurs du SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l'Énergie et de l'Université de Stanford, ont publié leurs résultats dans Lettres d'examen physique plus tôt ce mois-ci.

Aux lasers à électrons libres à rayons X tels que la source de lumière cohérente Linac (LCLS) du SLAC, les scientifiques compressent et accélèrent les paquets d'électrons à presque la vitesse de la lumière, puis agitez-les d'avant en arrière à travers une série d'aimants pour créer des rayons X. Ces rayons X sont ensuite utilisés pour étudier des éléments biologiques, échantillons chimiques et matériels, permettant aux scientifiques de créer des images haute résolution de la façon dont leurs structures moléculaires se déplacent.

Les chercheurs ont découvert que ces paquets d'électrons sont plus stables lorsqu'ils sont longs et lisses, comme un football américain, produisant des rayons X plus brillants avec des longueurs d'onde plus uniformes et permettant des images à plus haute résolution. Mais parce que les électrons se repoussent lorsqu'ils sont générés dans le vide, les grappes finissent par être plus courtes et irrégulières de manière imprévisible, "comme un ballon de football dégonflé couvert de crampons, " déclare Sergio Carbajo, scientifique et chercheur principal du SLAC.

Gonfler le football

Pour s'attaquer à ce problème, les scientifiques utilisent un appareil appelé chauffage laser, une technique qui a longtemps été étudiée au SLAC par les co-auteurs Zhirong Huang et Daniel Ratner. Le réchauffeur laser secoue le paquet d'électrons d'avant en arrière alors qu'il suit le trajet d'un faisceau laser infrarouge, permettant aux scientifiques de créer plus longtemps, grappes mieux formées. Ce processus injecte de l'énergie dans les grappes, "introduire un peu de chaos dès le début pour éviter plus de chaos sur toute la ligne, " dit Carbajo.

"L'idée est que si nous ne faisons rien pour gonfler et lisser les pointes du football avant de l'envoyer dans l'accélérateur linéaire, les imperfections vont s'amplifier et la qualité du faisceau va se dégrader, " dit-il. " Mais si nous 'chauffons' l'électron et modifions sa distribution d'énergie au début, nous pouvons adapter sa forme pour améliorer sa qualité lorsqu'il atteint la fin de l'accélérateur."

« Laser beignet »

Dans cette nouvelle recherche, l'équipe a amélioré cet appareil en creusant le faisceau laser dans un « laser donut » en forme d'anneau. Cette nouvelle technique de mise en forme des électrons améliore les irrégularités et produit un paquet plus stable car elle secoue les électrons différemment selon leur proximité avec le centre de l'anneau. Le résultat final est un ballon de football parfaitement adapté pour voler dans n'importe quel Super Bowl subatomique.

"Cette technique augmente la qualité globale du paquet d'électrons, " dit Carbajo. " Il permet un contrôle précis de la forme d'un faisceau d'électrons et peut donc être déterminant pour amplifier les performances des instruments scientifiques qui en dépendent, tels que les anneaux de stockage, accélérateurs linéaires et sources lumineuses."