Un equipo de científicos ha ideado una forma de mejorar los racimos de electrones y producir haces de rayos X más brillantes:ponles un anillo. El equipo, que incluye investigadores del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC del Departamento de Energía y de la Universidad de Stanford, publicó sus resultados en Cartas de revisión física a principios de este mes.

En láseres de rayos X de electrones libres como Linac Coherent Light Source (LCLS) de SLAC, Los científicos comprimen y aceleran los grupos de electrones hasta casi la velocidad de la luz, luego muévalos de un lado a otro a través de una serie de imanes para crear rayos X. Estos rayos X se utilizan luego para investigar biología, muestras químicas y de materiales, permitiendo a los científicos crear imágenes de alta resolución de cómo se mueven sus estructuras moleculares.

Los investigadores han descubierto que estos grupos de electrones son más estables cuando son largos y suaves, como un futbol americano, produciendo rayos X más brillantes con longitudes de onda más uniformes y permitiendo imágenes de mayor resolución. Pero debido a que los electrones se repelen cada uno cuando se generan en el vacío, los racimos terminan siendo más cortos e impredeciblemente desiguales, "como una pelota de fútbol desinflada cubierta de púas, "dice el científico e investigador principal de SLAC Sergio Carbajo.

Inflar el fútbol

Para abordar este problema, los científicos usan un dispositivo llamado calentador láser, una técnica que ha sido estudiada durante mucho tiempo en SLAC por los coautores Zhirong Huang y Daniel Ratner. El calentador láser sacude el grupo de electrones de un lado a otro mientras sigue la trayectoria de un rayo láser infrarrojo, permitiendo a los científicos crear más racimos mejor formados. Este proceso inyecta energía en los racimos, "introduciendo un poco de caos desde el principio para evitar más caos en el futuro, "Dice Carbajo.

"La idea es que si no hacemos nada para inflar y suavizar los picos del balón antes de enviarlo por el acelerador lineal, las imperfecciones se amplificarán y la calidad del haz se deteriorará, ", dice." Pero si 'calentamos' el electrón y cambiamos su distribución de energía al principio, podemos adaptar su forma para mejorar su calidad cuando llega al final del acelerador ".

"Donut láser"

En esta nueva investigación, el equipo mejoró este dispositivo ahuecando el rayo láser en un "láser de rosquilla" en forma de anillo. Esta nueva técnica de modelado de electrones mejora la irregularidad y produce un grupo más estable porque agita los electrones de manera diferente dependiendo de qué tan cerca estén del centro del anillo. El resultado final es un balón de fútbol con una forma perfecta que se adapta a volar en cualquier Super Bowl subatómico.

"Esta técnica aumenta la calidad general del grupo de electrones, "Dice Carbajo." Proporciona un control preciso sobre la forma de un haz de electrones y, por lo tanto, puede ser fundamental para magnificar el rendimiento de los instrumentos científicos que se basan en ellos. como anillos de almacenamiento, aceleradores lineales y fuentes de luz ".