Des chercheurs ont mis au point une nouvelle technique pour mieux mesurer la lumière spéciale « térahertz ». Cette lumière voyage en ondes plus longues que la lumière infrarouge qui est au-delà de ce que l'œil humain perçoit. La nouvelle technique d'échantillonnage préserve les corrélations entre la position et le temps dans une impulsion de lumière térahertz. La technique permet aux chercheurs de mesurer la forme de "balles lumineuses" térahertz, des éclairs de lumière focalisés aussi larges que longs. Cela aide les chercheurs à apprendre comment ils peuvent utiliser des impulsions térahertz pour améliorer les accélérateurs de particules. Les accélérateurs de particules aident les scientifiques à examiner de nouveaux matériaux, protéines et même les éléments constitutifs de notre univers, et des accélérateurs améliorés aideraient à faire progresser l'industrie, la médecine et la recherche scientifique.

Les installations modernes d'accélérateurs de particules peuvent être énormes. La technologie Terahertz peut offrir une voie pour les miniaturiser. Par exemple, l'accélérateur de protons de la Spallation Neutron Source, une installation utilisateur du ministère de l'Énergie, mesure trois terrains de football. En utilisant la lumière térahertz, les particules pourraient atteindre la même énergie en moins de la longueur d'une zone d'extrémité. Une telle miniaturisation pourrait aider les installations à atteindre des énergies plus élevées pour de nouvelles découvertes scientifiques. Cela nécessitera que les scientifiques en apprennent davantage sur les caractéristiques et le comportement de la lumière térahertz. Cette nouvelle technique de mesure contribuera à rendre possibles ces futurs accélérateurs plus petits.

Les scientifiques du laboratoire national d'Oak Ridge, qui abrite l'installation utilisateur Spallation Neutron Source, étudient comment produire et utiliser la lumière térahertz pour activer les accélérateurs de particules utilisant la technologie térahertz. Fabriquer des balles lumineuses térahertz avec des lasers intenses est une méthode prometteuse car l'énergie térahertz est fortement concentrée, créant des champs accélérateurs très élevés. En développant une nouvelle technique de mesure, les chercheurs ont découvert que lorsqu'elle est focalisée sur sa cible, cette lumière térahertz change de forme, ce qui peut affecter les performances de l'accélérateur de particules.

Les balles lumineuses térahertz changent de forme car elles sont composées de nombreuses fréquences térahertz, de la même manière que la lumière blanche est composée de différentes fréquences ou couleurs visibles. Tout comme les couleurs de la lumière blanche peuvent se séparer pour former un arc-en-ciel, les couleurs de cette lumière térahertz peuvent se séparer les unes des autres lorsqu'elles sont focalisées sur une cible. Si elle n'est pas prise en compte, cette séparation conduit à des imperfections dans la forme de la lumière et la rend moins concentrée, ce qui pourrait entraîner une accélération plus faible des particules. Cependant, en utilisant cette nouvelle méthode d'échantillonnage électro-optique en combinaison avec des outils de modélisation, ces imperfections peuvent être mesurées et utilisées dans la conception de nouvelles optiques pour corriger la forme térahertz. Avec une conception optique intelligente, il peut même être possible d'améliorer la forme térahertz et d'améliorer l'accélération des particules.

La recherche a été publiée dans Physical Review A . + Explorer plus loin

Un petit accélérateur double recycle l'énergie