Untuk meningkatkan kualitas tandan elektron, pemanas laser mengguncangnya bolak-balik saat mengikuti jalur sinar laser inframerah. Dengan melubangi balok, tim menemukan bahwa mereka dapat menghasilkan kualitas yang lebih tinggi dan tandan yang lebih stabil. Kredit: Laboratorium Akselerator Nasional Greg Stewart/SLAC
Penelitian baru menunjukkan bahwa ketika sekumpulan elektron memperbesar melalui tengah sinar laser berbentuk cincin, kumpulan tersebut dapat berakhir dengan kualitas yang lebih tinggi dan menghasilkan sinar sinar-X yang lebih terang.
Sebuah tim ilmuwan telah menemukan cara untuk meningkatkan ikatan elektron dan menghasilkan berkas sinar-X yang lebih terang: Letakkan cincin di atasnya. Tim, yang meliputi para peneliti dari Laboratorium Akselerator Nasional SLAC Departemen Energi dan Universitas Stanford, menerbitkan hasil mereka dalam Physical Review Letters awal bulan ini.
Pada laser elektron bebas sinar-X seperti Linac Coherent Light Source (LCLS) SLAC, para ilmuwan mengompres dan mempercepat kumpulan elektron hingga mendekati kecepatan cahaya, lalu menggoyangkannya bolak-balik melalui serangkaian magnet untuk menciptakan sinar-X . Sinar-X ini kemudian digunakan untuk menyelidiki sampel biologi, kimia, dan material, memungkinkan para ilmuwan membuat gambar beresolusi tinggi tentang bagaimana struktur molekul mereka bergerak.
Para peneliti telah menemukan bahwa kumpulan elektron ini paling stabil ketika panjang dan halus, seperti sepak bola Amerika, menghasilkan sinar-X yang lebih terang dengan panjang gelombang yang lebih seragam dan memungkinkan gambar beresolusi lebih tinggi. Tetapi karena elektron menolak masing-masing ketika mereka dihasilkan dalam ruang hampa, tandan itu berakhir lebih pendek dan tak terduga tidak rata, “seperti bola kempes yang ditutupi paku,” kata ilmuwan SLAC dan penyelidik utama Sergio Carbajo.
Menggembungkan sepak bola
Untuk mengatasi masalah ini, para ilmuwan menggunakan perangkat yang disebut pemanas laser, sebuah teknik yang telah lama dipelajari di SLAC oleh rekan penulis Zhirong Huang dan Daniel Ratner. Pemanas laser mengguncang ikatan elektron bolak-balik saat mengikuti jalur sinar laser inframerah, memungkinkan para ilmuwan untuk membuat ikatan yang lebih panjang dan berbentuk lebih baik. Proses ini menyuntikkan energi ke dalam tandan, “memperkenalkan sedikit kekacauan sejak awal untuk mencegah lebih banyak kekacauan di kemudian hari,” kata Carbajo.
“Idenya adalah bahwa jika kita tidak melakukan apa pun untuk mengembang dan menghaluskan paku sepak bola sebelum mengirimkannya ke akselerator linier, ketidaksempurnaan akan meningkat dan kualitas pancaran akan memburuk,” katanya. “Tetapi jika kita ‘memanaskan’ elektron dan mengubah distribusi energinya di awal, kita dapat menyesuaikan bentuknya untuk meningkatkan kualitasnya saat mencapai akhir akselerator.”
‘Laser donat’
Dalam penelitian baru ini, tim meningkatkan perangkat ini dengan melubangi sinar laser menjadi “laser donat” berbentuk cincin. Teknik pembentukan elektron baru ini memperbaiki ketidakrataan dan menghasilkan kumpulan yang lebih stabil karena mengguncang elektron secara berbeda tergantung pada seberapa dekat mereka dengan pusat cincin. Hasil akhirnya adalah sepak bola berbentuk sempurna yang cocok untuk terbang di Super Bowl subatomik mana pun.
“Teknik ini meningkatkan kualitas keseluruhan dari kumpulan elektron,” kata Carbajo. “Ini memberikan kontrol yang tepat atas bentuk berkas elektron sehingga dapat menjadi mani dalam memperbesar kinerja instrumen ilmiah yang mengandalkannya, seperti cincin penyimpanan, akselerator linier, dan sumber cahaya.”
Referensi: “Pemanas Laser Mode Laguerre-Gaussian untuk Penindasan Ketidakstabilan Microbunching dalam Laser Elektron Bebas” oleh Jingyi Tang, Randy Lemons, Wei Liu, Sharon Vetter, Timothy Maxwell, Franz-Josef Decker, Alberto Lutman, Jacek Krzywinski, Gabriel Marcus, Stefan Moeller, Zhirong Huang, Daniel Ratner dan Sergio Carbajo, 30 Maret 2020, Surat Peninjauan Fisik .
DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.134801
LCLS adalah fasilitas pengguna DOE Office of Science. Mahasiswa pascasarjana Jingyi Tang dari Stanford dan Randy Lemons dari Colorado School of Mines masing-masing memainkan peran kunci dalam menganalisis data dan menghasilkan sinar laser donat di lab. Penelitian ini didukung sebagian oleh Kantor Sains dan program Penelitian dan Pengembangan Laboratorium yang Diarahkan di SLAC.
