"Chúng tôi không chỉ tạo ra chùm electron siêu mạnh mà còn điều khiển được chùm tia theo yêu cầu, đồng nghĩa chúng tôi có thể thăm dò nhiều hiện tượng vật lý và hóa học hơn bao giờ hết", Phys hôm 9/3 dẫn lời Claudio Emma, nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC thuộc Bộ Năng lượng Mỹ. Emma làm việc tại Cơ sở thử nghiệm máy gia tốc tiên tiến (FACET-II) của SLAC và cũng là tác giả chính của nghiên cứu mới xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters.
Claudio Emma và Brendan O'Shea kiểm tra thiết bị thử nghiệm tại FACET-II. Ảnh: Jacqueline Ramseyer Orrell/Phòng thí nghiệm máy gia tốc quốc gia SLAC
Theo truyền thống, một trường vi sóng được sử dụng để nén và hội tụ chùm electron. Electron trong trường sắp xếp không đều, do đó, những electron ở xa hơn phía sau có nhiều năng lượng hơn electron phía trước.
Emma giải thích, điều này giống như các vận động viên chạy không đều khi bắt đầu cuộc đua. "Sau đó, chúng ta cho chúng đi quanh một khúc cua để các electron phía sau đuổi kịp electron phía trước. Cuối cùng, bạn sẽ có một nhóm electron tập trung thành chùm tia hội tụ", ông nói.
Vấn đề với phương pháp này là khi các electron tăng tốc, chúng phát ra bức xạ và mất năng lượng, khiến chất lượng chùm tia giảm. Điều đó tạo ra sự đánh đổi giữa năng lượng và chất lượng của chùm tia. "Chúng tôi không thể áp dụng những phương pháp truyền thống để nén các nhóm electron ở quy mô dưới micromet mà vẫn bảo tồn chất lượng chùm tia", Emma cho biết.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu SLAC nén hàng tỷ electron thành một nhóm có chiều dài chưa đến một micromet bằng kỹ thuật tạo hình dựa trên laser, vốn được phát triển cho laser electron tự do tia X. "Lợi thế lớn khi dùng laser là chúng tôi có thể áp dụng việc điều chỉnh năng lượng chính xác hơn nhiều so với những gì có thể làm với trường vi sóng", Emma nói.
Sau vài tháng thử nghiệm và hoàn thiện kỹ thuật tạo hình laser, Emma cùng đồng nghiệp có thể liên tục tạo ra các chùm electron năng lượng cao, kéo dài ở mức femto giây (một femto giây bằng một phần triệu tỷ giây), công suất cực đại ở mức petawatt (một petawatt bằng một triệu tỷ watt), với cường độ mạnh gấp 5 lần mức cũ.
Chùm electron mới cho phép giới khoa học tìm hiểu hàng loạt hiện tượng tự nhiên, kiểm tra các giả thuyết trong vật lý lượng tử, khoa học vật liệu và vật lý thiên văn. Ví dụ, trong vật lý thiên văn, chùm tia có thể được chiếu đến một mục tiêu rắn hoặc khí để tạo ra loại sợi tương tự sợi trong những ngôi sao. "Các nhà khoa học biết về sự hiện diện của những sợi này, nhưng giờ chúng ta có thể kiểm tra cách chúng xuất hiện và phát triển trong phòng thí nghiệm với mức năng lượng chưa từng có trước đây", Emma nói.
Thu Thảo (Theo Phys)
