توهمی از نور و ذره | فوتبال الکترونی چگونه شکلی گرفت؟
همشهری آنلاین – یکتا فراهانی: نوآوری دانشمندان آمریکایی در شکل‌دهی الکترون‌ها با لیزری حلقه‌ای، تحولی در تولید پرتوهای ایکس رقم زده است. در جهانی که فیزیک ذرات و نور در هم می‌آمیزند، گاهی یک حلقه نورانی می‌تواند دریچه‌ای به‌سوی تصاویری شگفت‌انگیز از دنیای مولکولی بگشاید.
دانشمندان آمریکایی با استفاده از لیزری حلقه‌ای شکل موفق شدند دسته‌های الکترونی را با کیفیتی بی‌سابقه شکل دهند؛ گامی که آینده تصویربرداری‌های علمی را دگرگون می‌کند.
انقلابی در فناوری‌های پیشرفته
در دل شتاب‌دهنده‌های قدرتمند، جایی که الکترون‌ها با سرعتی نزدیک به نور حرکت می‌کنند، هر تغییر کوچک در شکل یا نظم آن‌ها می‌تواند به انقلابی در فناوری‌های پیشرفته بیانجامد. حال، گروهی از پژوهشگران از آزمایشگاه ملی SLAC در آمریکا و دانشگاه استنفورد، راهکاری ابتکاری برای بهبود شکل و کیفیت دسته‌های الکترونی یافته‌اند: عبوردادن آن‌ها از میان‌پرتو لیزری با شکلی شبیه دونات! این لیزر حلقه‌ای، نه‌تنها دسته‌های الکترونی را پایدارتر می‌کند، بلکه پرتوهای ایکسی بسیار درخشان‌تر و دقیق‌تر تولید می‌کند؛ پرتوهایی که برای تصویربرداری‌های زیستی و شیمیایی کاربرد حیاتی دارند. اما راز این تحول چیست؟
دسته‌هایی از الکترون، کلید تولید پرتوهای ایکس
در دستگاه‌هایی مانند شتاب‌دهندة Linac Coherent Light Source (LCLS) وابسته به آزمایشگاه SLAC، دسته‌هایی از الکترون‌ها تا نزدیکی سرعت نور شتاب می‌گیرند و سپس از میان مجموعه‌ای از آهن‌رباها عبور داده می‌شوند تا پرتوهای ایکس
پرتو ایکس از دل شتاب‌دهنده
در منابع پرتو ایکس با الکترون آزاد مانند LCLS در آزمایشگاه SLAC، دانشمندان خوشه‌های الکترونی را تقریباً تا سرعت نور شتاب می‌دهند و سپس آن‌ها را از میان مجموعه‌ای از آهن رباها عبور می‌دهند. در نتیجه این حرکت، پرتوهای ایکس با توان بالا تولید می‌شوند. این پرتوها برای بررسی نمونه‌های بیولوژیکی، شیمیایی و مواد مورد استفاده قرار می‌گیرند و تصاویری با وضوح‌بالا از ساختارهای مولکولی ارائه می‌دهند.
مشکلِ خوشه‌های پرآشوب
اما برای داشتن پرتوهای دقیق، الکترون‌ها باید در خوشه‌هایی پایدار و یکنواخت قرار گیرند. بهترین حالت زمانی است که این خوشه‌ها دراز و نرم باشند؛ چیزی شبیه توپ آمریکایی. بااین‌حال، به دلیل دافعه طبیعی بین الکترون‌ها، خوشه‌ها اغلب کوتاه، ناپایدار و ناهموار می‌شوند، مثل یک توپ خالی از باد و پر از برآمدگی!
بیشتر بخوانید :
- ایجاد خاصیت مغناطیسی در خوشه‌های نقره‌ای
- مبارزه با فیزیک | این لیزرها می‌توانند نور را مسدود کنند
چگونه توپ را باد می‌کنند؟
برای حل این مشکل، دستگاهی به نام «گرم‌کننده لیزری» وارد عمل می‌شود. این دستگاه خوشه‌های الکترونی را با لیزری در طیف فروسرخ به نوسان درمی‌آورد و انرژی خاصی به آن‌ها می‌دهد. این فرآیند باعث می‌شود بعداً آشوب‌های بزرگ‌تر ایجاد نشوند. همان‌طور که سرجیو کارباخو، دانشمند SLAC می‌گوید: اگر این خوشه‌ها را از ابتدا کمی آشفته کنیم، بعدها می‌توان آن‌ها را بهتر مدیریت کرد.
وقتی لیزر تبدیل به دونات می‌شود
در تحقیق جدید، دانشمندان پا را فراتر گذاشتند و شکل لیزر را تغییر دادند. آن‌ها لیزر را به‌صورت حلقه‌ای درآوردند، چیزی شبیه به یک دونات! این "لیزر دوناتی" باعث شد تا الکترون‌هایی که از مرکز این حلقه عبور می‌کنند، به شکل متفاوتی به لرزش درآیند. در نتیجه خوشه‌هایی پایدارتر و با شکلی ایده‌آل‌تر تولید شد.
الکترون‌هایی برای مسابقه قهرمانی!
کارباخو این خوشه‌های اصلاح‌شده را به توپ‌هایی تشبیه می‌کند که برای مسابقه‌ای در سطح اتمی آماده شده‌اند. این تکنیک جدید نه‌تنها پرتوهای ایکس روشن‌تری تولید می‌کند، بلکه در آینده می‌تواند کیفیت ابزارهای پیشرفته‌ای مانند حلقه‌های ذخیره، شتاب‌دهنده‌های خطی و منابع نوری را به شکل چشمگیری افزایش دهد.
لیزر دوناتی
کشف «لیزر دوناتی» نشان می‌دهد که تغییر شکل در ابزاری به‌ظاهر ساده مانند پرتو لیزر می‌تواند تأثیرات بزرگی در دنیای فناوری‌های پیشرفته داشته باشد. با استفاده از این روش نوآورانه، دانشمندان توانسته‌اند گامی بزرگ در بهبود کیفیت پرتوهای ایکس بردارند، گامی که می‌تواند به تحقیقات زیستی، شیمیایی و فیزیکی سرعت و دقتی بی‌سابقه ببخشد. شاید راز آینده پرنور علم، در دل یک دونات نوری نهفته باشد!
