A intensidade detectada de duas fontes de luz semelhantes a pontos coerentes depende de suas posições relativas. É um fenômeno conhecido denominado interferência óptica. Em geral, a intensidade pode variar de zero (interferência destrutiva) a algum valor máximo (interferência construtiva).

Considere dois elétrons de alta energia circulando em um anel de armazenamento de partículas, como o Integrable Optics Test Accelerator no Fermilab. Como foi descoberto em 1947, quando os elétrons de alta energia são forçados a viajar em um caminho curvo, eles emitem luz, conhecida como radiação síncrotron. Se registrarmos a intensidade da luz síncrotron detectada a cada revolução em um anel de armazenamento, observaremos leves flutuações de sua magnitude de turno para turno porque as posições relativas dos dois elétrons mudam.

O anel de armazenamento IOTA, hospedado pelo Fermilab do Departamento de Energia, pode armazenar um bilhão de elétrons. Assim como no caso de dois elétrons, as flutuações passo a passo da intensidade da radiação de bilhões de elétrons ainda existem, e pelas mesmas razões. As flutuações são muito pequenas, abaixo de 0,1% (raiz quadrada média). Ainda, nosso grupo de pesquisa foi capaz de medi-los, e mostramos que esta informação pode ser usada para obter insights sobre as propriedades do feixe de elétrons, como suas dimensões e divergência - uma medida de propagação nas direções de movimento dos elétrons no feixe.

As medições de prova de princípio no IOTA foram realizadas na faixa do espectro de luz síncrotron do infravermelho próximo. A sensibilidade deste método não invasivo para determinar as propriedades do feixe de elétrons melhora quando a luz síncrotron de comprimento de onda mais curto e brilho mais alto é usada. Isso significa que pode beneficiar particularmente as fontes de luz ultravioleta e síncrotron de raios-X de última geração e de última geração, de baixa emissão e alto brilho, onde a caracterização de feixe de elétrons não invasivo é difícil.

Por exemplo, achamos que este método poderia medir tamanhos de feixes transversais da ordem de 10 mícrons na Atualização Avançada da Fonte de Fótons no Laboratório Nacional de Argonne, usando as flutuações turn-to-turn na luz síncrotron de raios-X. Este é um passo importante para fazer feixes de elétrons mais estreitos, que por sua vez geram raios-X mais brilhantes. Com raios-X mais brilhantes, pesquisadores serão capazes de acelerar a pesquisa em química, ciência dos materiais e medicina, incluindo pesquisa COVID-19.

Um artigo sobre este resultado será publicado em Cartas de revisão física . Um artigo complementar expandido será publicado em Aceleradores e vigas de revisão física . Artigos correspondentes "Medição de emissão de feixe transversal por ruído de potência de radiação do ondulador" e "Medições de ruído de potência de radiação do ondulador e comparação com cálculos ab initio" foram publicados no arXiv.