초고속 레이저의 정밀한 제어를 활용하는 과학자들은 20센티미터 범위에서 빛의 속도로 전자를 가속했다. 일반적으로 축구장 10개 크기의 입자 가속기에서 가능한 속도다.


물리학 및 전기 및 컴퓨터 공학 교수 Howard Milchberg가 이끄는 메릴랜드 대학(UMD)의 팀은 콜로라도 주립 대학(CSU)의 Jorge J. Rocca 팀과 공동으로 두 개의 레이저 펄스를 사용하여 이 위업을 달성했다. 첫 번째 펄스는 수소를 분해, 구멍을 뚫고 플라즈마 채널을 통해 수소 가스 제트를 생성했다. 그 채널은 두 번째, 더 높은 전력 펄스를 유도하여 플라즈마에서 거의 빛의 속도로 가속했다.



이 기술을 사용하여 팀은 SLAC 국립 가속기 연구소의 가속기인 1km 길이의 LCLS(Linac Coherent Light Source)와 같은 대규모 시설에서 달성되는 에너지의 거의 40%까지 전자를 가속했다. 이 논문은 최근 Physical Review X 저널에 게재됐다.



“이것은 전적으로 레이저로 구동되는 최초의 다중 GeV 전자 가속기”라고 UMD의 Institute of Research Electronics and Applied Physics와 제휴하고 있는 Milchberg가 말했다.




새로운 작업에 동기를 부여하는 것은 전자를 136억 전자 볼트(GeV)로 가속하는 1km 길이의 LCLS와 같은 가속기다. 이 가속기는 빛의 99.99999993%로 움직이는 전자의 에너지다. LCLS의 전임자는 기본 입자에 대한 세 가지 노벨상을 받은 발견의 배경이다. 이제 원래 가속기의 1/3이 초고속 전자를 사용하여 세계에서 가장 강력한 X선 레이저 빔을 생성하는 LCLS로 변환됐다. 과학자들은 이 X선을 사용하여 작동 중인 원자와 분자 내부를 들여다보고 화학 반응의 비디오를 만든다. 이 비디오는 약물 발견, 최적화된 에너지 저장, 전자 제품의 혁신 등을 위한 중요한 도구다.




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