Источники синхротронного излучения представляют собой незаменимый инструмент для исследований в самых различных областях – физике, химии, биологии, медицине, материаловедении и пр. На аналогичных принципах основана и работа рентгеновских лазеров на свободных электронах, которые используются при изучении динамики химических реакций и биомолекулярных систем с беспрецедентным пространственным и временным разрешением. Но синхротроны и рентгеновские лазеры на свободных электронах – сооружения очень дорогие (стоимость каждого – порядка миллиарда долларов) и громоздкие (размеры ускорителя элементарных частиц составляют многие километры). В последние годы активно обсуждается идея создания так называемых "laser-wakefield" ускорителей, в которых огромные ускоряющие поля с напряженностью более 100 ГВ/м генерируются колебаниями плазмы, возникающими под действием интенсивного лазерного импульса и следующими за ним, как за кораблем, "в кильватере" со скоростью, близкой к скорости света. При этом заряженные частицы (электроны, протоны, ионы) ускоряются на длине всего несколько сантиметров, что дает основание для разговоров о новом поколении синхротронов и рентгеновских лазеров на свободных электронах – компактных и сравнительно дешевых.

Рис.1. Схема экспериментальной установки.

Шаг в этом направлении сделан учеными из Германии, Великобритании и Южной Африки. Лазерный импульс с мощностью 5 ТВт фокусировали на струе газообразного гелия шириной 2 мм, в результате чего формировался пучок электронов с энергиями 55 - 75 МэВ. Этот пучок направляли в ондулятор, состоящий из 50 периодически расположенных постоянных магнитов с B_max = 0.33 Тл (см. рис.1). Быстрые поперечные осцилляции электронов приводили к испусканию света с длиной волны 550 - 950 нм. Это – первая практическая демонстрация синхротронного излучения от электронного пучка, порожденного лазерным импульсом. Анализ полученных результатов показал, что средняя длина волны уменьшается при увеличении энергии электронов – в полном соответствии с теорией. Расчеты показывают, что увеличение длины ондулятора до 3 м (в эксперименте она составила около 1 м), а энергии электронов – до ~ 1 ГэВ (это возможно уже сейчас) позволит уменьшить длину волны до 3 нм, а длительность импульса лазера на свободных электронах – до 10 фс. И тогда не только у нескольких крупнейших научных центров, но и у многих университетов появится уникальная возможность изучать динамику процессов, происходящих на атомных масштабах.

Источник информации - заметка в бюллетене ПерсТ, выпуск 4 за 2008 г.