Uma equipe de cientistas descobriu uma maneira de melhorar os feixes de elétrons e produzir feixes de raios-X mais brilhantes:coloque um anel sobre eles. O time, que inclui pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia e da Universidade de Stanford, publicou seus resultados em Cartas de revisão física no início deste mês.

Em lasers de elétrons livres de raios-X, como Linac Coherent Light Source (LCLS) da SLAC, cientistas comprimem e aceleram feixes de elétrons quase à velocidade da luz, em seguida, mova-os para frente e para trás através de uma série de ímãs para criar raios-X. Esses raios-X são então usados ​​para investigação biológica, amostras químicas e materiais, permitindo que os cientistas criem imagens de alta resolução de como suas estruturas moleculares se movem.

Os pesquisadores descobriram que esses feixes de elétrons são mais estáveis ​​quando são longos e lisos, como um futebol americano, produzindo raios X mais brilhantes com comprimentos de onda mais uniformes e permitindo imagens de alta resolução. Mas porque os elétrons se repelem quando são gerados no vácuo, os cachos acabam mais curtos e imprevisivelmente irregulares, "como uma bola de futebol murcha coberta de espinhos, "afirma o cientista e pesquisador principal do SLAC Sergio Carbajo.

Inflar o futebol

Para resolver este problema, cientistas usam um dispositivo chamado aquecedor a laser, uma técnica há muito estudada no SLAC pelos coautores Zhirong Huang e Daniel Ratner. O aquecedor a laser balança o feixe de elétrons para frente e para trás enquanto segue o caminho de um feixe de laser infravermelho, permitindo que os cientistas criem por mais tempo, cachos de melhor formato. Este processo injeta energia nos cachos, "introduzindo um pouco de caos no início para evitar mais caos no futuro, "Carbajo diz.

“A ideia é que se não fizermos nada para inflar e suavizar as pontas da bola de futebol antes de enviá-la para baixo no acelerador linear, as imperfeições vão se amplificar e a qualidade do feixe vai se deteriorar, "diz ele." Mas se 'aquecermos' o elétron e mudarmos sua distribuição de energia no início, podemos adaptar seu formato para melhorar sua qualidade quando chegar ao fim do acelerador. "

"Donut laser"

Nesta nova pesquisa, a equipe aprimorou esse dispositivo ao transformar o feixe de laser em um "laser de rosca" em forma de anel. Essa nova técnica de modelagem de elétrons melhora a irregularidade e produz um grupo mais estável, pois sacode os elétrons de maneira diferente, dependendo de quão próximos estão do centro do anel. O resultado final é uma bola de futebol perfeitamente moldada para voar em qualquer Super Bowl subatômico.

"Esta técnica aumenta a qualidade geral do feixe de elétrons, "Carbajo diz." Ele fornece controle preciso sobre a forma de um feixe de elétrons e, portanto, pode ser fundamental para ampliar o desempenho de instrumentos científicos que dependem deles, como anéis de armazenamento, aceleradores lineares e fontes de luz. "