L'intensité détectée à partir de deux sources lumineuses ponctuelles cohérentes dépend de leurs positions relatives. C'est un phénomène bien connu appelé interférence optique. En général, l'intensité peut aller de zéro (interférence destructive) à une valeur maximale (interférence constructive).

Considérons deux électrons de haute énergie circulant dans un anneau de stockage de particules, comme l'accélérateur de test d'optique intégrable au Laboratoire Fermi. Comme il a été découvert en 1947, lorsque les électrons de haute énergie sont forcés de se déplacer dans un chemin courbe, ils émettent de la lumière, connu sous le nom de rayonnement synchrotron. Si nous enregistrons l'intensité de la lumière synchrotron détectée à chaque tour dans un anneau de stockage, nous observerons de légères fluctuations de sa grandeur d'un tour à l'autre car les positions relatives des deux électrons changent.

L'anneau de stockage IOTA, hébergé par le Fermilab du ministère de l'Énergie, peut stocker un milliard d'électrons. Tout comme dans le cas à deux électrons, les fluctuations tour à tour de l'intensité du rayonnement du milliard d'électrons existent toujours, et pour les mêmes raisons. Les fluctuations sont très faibles, inférieur à 0,1% (moyenne quadratique). Toujours, notre groupe de recherche a pu les mesurer, et nous avons montré que ces informations peuvent être utilisées pour mieux comprendre les propriétés du faisceau d'électrons, telles que ses dimensions et sa divergence - une mesure de la propagation dans les directions de mouvement des électrons dans le faisceau.

Les mesures de preuve de principe dans IOTA ont été effectuées dans la gamme du spectre lumineux du synchrotron proche infrarouge. La sensibilité de cette méthode non invasive pour déterminer les propriétés du faisceau d'électrons s'améliore lorsque la lumière synchrotron de longueur d'onde plus courte et de luminosité plus élevée est utilisée. Cela signifie qu'il peut particulièrement bénéficier aux sources de lumière ultraviolette et à rayonnement X synchrotron à faible émission et à haute luminosité existantes et de nouvelle génération, où la caractérisation non invasive par faisceau d'électrons est difficile.

Par exemple, nous pensons que cette méthode pourrait mesurer des tailles de faisceaux transversaux de l'ordre de 10 microns dans la mise à niveau avancée de la source de photons du laboratoire national d'Argonne, en utilisant les fluctuations tour à tour de la lumière synchrotron à rayons X. Il s'agit d'une étape importante dans la fabrication de faisceaux d'électrons plus serrés, qui à leur tour génèrent des rayons X plus brillants. Avec des rayons X plus lumineux, les chercheurs pourront accélérer les recherches en chimie, science des matériaux et médecine, y compris la recherche COVID-19.

Un article sur ce résultat sera publié dans Lettres d'examen physique . Un document complémentaire élargi sera publié dans Accélérateurs et faisceaux d'examen physique . Les articles correspondants « Mesure de l'émittance du faisceau transversal par le bruit de puissance de rayonnement d'un onduleur » et « Mesures du bruit de puissance de rayonnement d'un onduleur et comparaison avec des calculs ab initio » ont été publiés sur arXiv.