Physiker haben es geschafft, die bisher st�rksten Elektronenpulse zu generieren. Diese bringen es auf eine Leistung im Petawatt-Bereich. Mit solchen Energiemengen k�nnen neue Anwendungen erschlossen werden – beispielsweise zur Erzeugung neuer Materialien.
Gestauchte Strahlen
Ein neues Paper, das in der Fachzeitschrift Physical Review Letters ver�ffentlicht wurde, beschreibt die Erzeugung von Elektronenpulsen, die nur eine Billiardstel Sekunde andauern, aber Str�me von 100 Kiloampere tragen. “Wir haben den h�chsten Strom und die h�chste Spitzenleistung, die je f�r Elektronenstrahlen erzeugt wurden”, erkl�rt Claudio Emma, Leiter des Forschungsprojektes am SLAC National Accelerator Laboratory.
Die Forscher nutzten dabei eine innovative Technik zur Komprimierung der Elektronenb�ndel. In einem Teil des 62 Jahre alten Linearbeschleunigers von SLAC wurden Elektronen erzeugt und beschleunigt. Durch eine sogenannte “Chirp”-Technik erhielten Elektronen an der Vorderseite des Pulses etwas weniger Energie als jene am hinteren Ende. Dieses Energiedifferenzial wurde genutzt, um das B�ndel mithilfe magnetischer Ablenkungen zu verdichten. So holten die schnelleren Elektronen die langsameren ein, wodurch ein extrem kurzes und leistungsstarkes B�ndel entstand.
Ein entscheidender Fortschritt war die zus�tzliche Modulation des Energieprofils durch einen Laserpuls. Dabei wurden die Elektronen in einem Magnetfeld seitlich abgelenkt und tauschten Energie mit dem Licht aus. Durch eine sorgf�ltige Abstimmung des Laserpulses konnte das Team die Pulsdauer weiter verk�rzen und die Leistungsdichte erh�hen.
Viele M�glichkeiten
Die erzeugten ultrastarken Elektronenpulse k�nnten zu bahnbrechenden Anwendungen f�hren. In der R�ntgenlaserforschung lassen sie sich beispielsweise nutzen, um intensivere Strahlen f�r die Untersuchung chemischer Reaktionen in Echtzeit zu erzeugen. Weiterhin k�nnten sie in der Plasmaphysik eingesetzt werden, um astrophysikalische Ph�nomene wie die superschnellen Materiestrahlen bei Supernova-Explosionen zu simulieren.
Langfristig sollen solche Elektronenpulse sogar dazu beitragen, das Quanten-Vakuum zu untersuchen. Wenn ein ultraintensiver Elektronenstrahl mit einem extrem starken Laser kollidiert, k�nnte er so starke elektrische Felder erzeugen, dass Paarbildungen aus Teilchen und Antiteilchen aus dem Vakuum entstehen – ein Effekt, der von der Quantenphysik vorhergesagt, aber noch nie experimentell beobachtet wurde. Aber auch in der Praxis der Materialforschung lassen sich Fortschritte erahnen.
Zusammenfassung
- Physiker erzeugen Elektronenpulse mit Petawatt-Leistung und 100 kA
- Innovative Komprimierungstechnik mit ‘Chirp’ und Lasermodulation
- Extrem kurze Pulsdauer von einer Billiardstel Sekunde erreicht
- Anwendungen in R�ntgenlaserforschung und Plasmaphysik m�glich
- Potenzial zur Untersuchung des Quanten-Vakuums und Paarbildung
- Fortschritte in der Materialforschung werden durch Technologie erwartet
- Forschungsergebnisse in Physical Review Letters ver�ffentlicht
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