Met een met zorg ingestelde biljard watt lazer claimen onderzoekers van het US Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Lab, sub atomische deeltjes te hebben versneld tot het hoogste energielevel ooit gemeten op een compacte deeltjesversneller. Door plasma in hun tafelblad grote lazer-plasma versneller te schieten, beweren de onderzoekers een acceleratie energie van ongeveer 4.25 giga-elektronvolt te hebben gehaald. Acceleratie van deze omvang over een korte afstand is gepaard gegaan met een verhoging van energie 1000 keer groter dan die van een normale en veel grotere deeltjes versneller.
De Large Hadron Collider (LHC) van CERN, is bijvoorbeeld 27km in omtrek en versneld deeltjes door middel van herhaaldelijke magnetische velden. Dit werkt perfect tot ongeveer 100 mega-elektrovolt per meter, daarna duurt het niet lang voor het hele systeem crasht.
Ter vergelijking, de kleine Berkeley lab versneller behaald zijn wereldrecord door het versnellen van elektronen in een plasma buis van maar 9cm lang tot een snelheid die normaal vele kilometers duurt om te bereiken. En deze versneller staat op een tafelblad in een laboratorium.
Om de vergelijking compleet te maken moet er wel gezegd worden dat de LHC en deze tafelblad grootte versneller een andere aanpak hebben. In dit geval is gebruik gemaakt van één van werelds sterkste lazers, de Berekey Lab Laser Accelerator (BELLA). Dit lazer systeem produceert een straal licht evenwijdig aan een biljard watt kracht (petawatt), die onderzoekers van Berkeley Lab hebben gefocust op een zeer klein buis waar plasma van de versneller in zat.
Een computer simulatie van het plasma wanneer het door de 9cm lange buis wordt geschoten
Wanneer afgeschoten, maakte de energie van BELLA een doorgang in de plasma terwijl het tegelijkertijd snelle golven van energie produceert die elektronen opsloot en vervolgens versnelde tot de hoge energie bereikt was. Onderzoekers vergeleken dit proces met de manier waarop een surfer snelheid maakt met zijn surfboard.
Voordat de test werd uitgevoerd is zorgvuldig bekeken wat de kansen waren dat het desastreus mis zou kunnen gaan bij een kleine misrekening. Op verschillende manieren hebben ze hun theorie getest om te zien hoeveel effect het resultaat zou kunnen hebben. Bijvoorbeeld door computer analyses en simulaties bij het National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) uit te voeren ver voor de test in de praktijk zou worden uitgevoerd.
Het team wil in de toekomst nog hogere energielevels bereiken en zal zich blijven inzetten om deze manier van versnellen van deeltjes te verbeteren.
Het resultaat van het onderzoek is te vinden op de website van Physical Review Letters
