La intensidad detectada de dos fuentes de luz puntuales coherentes depende de sus posiciones relativas. Es un fenómeno conocido llamado interferencia óptica. En general, la intensidad puede variar desde cero (interferencia destructiva) hasta algún valor máximo (interferencia constructiva).

Considere dos electrones de alta energía que circulan en un anillo de almacenamiento de partículas, como el Acelerador de Pruebas de Óptica Integrable en Fermilab. Como se descubrió en 1947, cuando los electrones de alta energía se ven obligados a viajar en una trayectoria curva, emiten luz, conocida como radiación de sincrotrón. Si registramos la intensidad de la luz del sincrotrón detectada en cada revolución en un anillo de almacenamiento, observaremos ligeras fluctuaciones de su magnitud de un giro a otro debido a que las posiciones relativas de los dos electrones cambian.

El anillo de almacenamiento de IOTA, organizado por el Fermilab del Departamento de Energía, puede almacenar mil millones de electrones. Al igual que en el caso de dos electrones, las fluctuaciones giro a giro de la intensidad de la radiación de mil millones de electrones todavía existen, y por las mismas razones. Las fluctuaciones son muy pequeñas, por debajo del 0,1% (raíz cuadrada media). Todavía, nuestro grupo de investigación pudo medirlos, y demostramos que esta información se puede utilizar para comprender mejor las propiedades del haz de electrones, como sus dimensiones y divergencia, una medida de la dispersión en las direcciones de movimiento de los electrones en el haz.

Las mediciones de prueba de principio en IOTA se realizaron en el rango del espectro de luz de sincrotrón del infrarrojo cercano. La sensibilidad de este método no invasivo para determinar las propiedades del haz de electrones mejora cuando se usa luz de sincrotrón de longitud de onda más corta y brillo más alto. Esto significa que puede beneficiar particularmente a las fuentes de luz sincrotrón de rayos X y ultravioleta de alta luminosidad y baja emisión de última generación y de última generación, donde la caracterización no invasiva por haz de electrones es difícil.

Por ejemplo, Creemos que este método podría medir tamaños de haz transversal del orden de 10 micrones en la Actualización de fuente de fotones avanzada en el Laboratorio Nacional de Argonne, mediante el uso de las fluctuaciones de giro a giro en la luz del sincrotrón de rayos X. Este es un paso importante para hacer haces de electrones más estrechos, que a su vez generan rayos X más brillantes. Con rayos X más brillantes, los investigadores podrán acelerar la investigación en química, ciencia de materiales y medicina, incluida la investigación COVID-19.

Se publicará un artículo sobre este resultado en Cartas de revisión física . Se publicará un documento complementario ampliado en Vigas y aceleradores de revisión física . Se publicaron en arXiv los artículos correspondientes "Medición de la emitancia del haz transversal mediante el ruido de la potencia de radiación del ondulador" y "Medidas del ruido de la potencia de la radiación del ondulador y comparación con cálculos ab initio".