Ein neues Verfahren zur Lasertechnik hat die Forschung revolutioniert. Ein Elektronenstrahl erreicht eine Stromstärke die fünfmal höher ist als alles was bisher erzielt wurde. Diese innovative Methode erzielt präzise Komprimierungen von Elektronen und minimiert gleichzeitig störende Energieverluste.
SLAC-Labor Setzt Maßstäbe in der Teilchenphysik
Früher wurden die leistungsstärksten Elektronenstrahlen mit Mikrowellenfeldern erzeugt. Bei diesem Verfahren sammeln hintere Elektronen zusätzliche Energie. Sie holen dadurch die vorderen auf ihrer Bahn ein – ein Prozess ähnlich einem Staffelrennen. Diese Methode hat jedoch einen klaren Nachteil: Elektronen verlieren beim Beschleunigen Energie in Form von Strahlung. Dies beeinträchtigt die Qualität des Strahls erheblich.
Ein Team am SLAC National Accelerator Laboratory hat nun ein neues Verfahren eingeführt. Statt Mikrowellen wird ein Laser eingesetzt. Dieser Laser moduliert die Elektronen über sehr kurze Strecken mit extrem hoher Präzision. Claudio Emma, Projektleiter und Physiker, erklärt den großen Vorteil: “Wir können eine viel präzisere Energiemodulation erreichen.“
Herausforderungen und Erfolge
Die Herausforderung lag nicht nur in der Energiemodulation. Das Team musste ebenfalls die Elektronen über eine Strecke von einem Kilometer stabil halten. Sie komprimierten den Strahl auf weniger als einen Mikrometer Länge. Nach Monaten intensiver Tests war der Durchbruch da: Elektronenstrahlen mit einer Spitzenleistung im Petawatt-Bereich wurden erzeugt. Dies entspricht einer Billion Watt, konzentriert auf ultrakurze Zeitspannen von Femtosekunden – einer Billiardstel Sekunde. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.
Zukunftsperspektiven und Anwendungen
Diese bahnbrechende Technologie eröffnet neue Möglichkeiten für Experimente. Beispielsweise ist eine Untersuchung von Plasmastrukturen möglich, ebenso wie sie in den Sternen vorkommen. Auch die Erzeugung extrem kurzer Lichtblitze sogenannte Attosekundenpulse wird durch dieses Verfahren ermöglicht. Damit können Bewegungen einzelner Elektronen in Atomen analysiert werden.
Claudio Emma zeigt sich begeistert von den neuen Möglichkeiten. Er ruft Wissenschaftler weltweit auf, den neuen Rekordstrahl zu nutzen: “Wenn Sie einen extrem leistungsstarken Strahl benötigen, haben wir das richtige Werkzeug." Die Experimente finden in der Forschungseinrichtung FACET-II statt. Diese steht internationalen Teams zur Verfügung und unterstützt bereits erste Projekte zur Effizienzsteigerung von Teilchenbeschleunigern.
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