Nový objev související s výkonnou paprskovou zbraní může být klíčem k odemčení mnoha technologií.
Existují futuristické návrhy na odhalení tajemství vesmíru. Najdeme tak projekty, které s pomocí hmoty dosahují téměř nemožného, a dokonce i jiné, které kopírují myšlenky z nejhlubší science fiction, jako v případě projektu Duna. Nyní se vědcům podařilo vytvořit nejvýkonnější paprskovou zbraň na světě, která se blíží rychlosti světla, a přestože její název poukazuje na to, že se jedná o paprskovou zbraň, o nic takového se nejedná. Naopak, slouží vědeckému účelu, který by mohl mít v budoucnu stovky využití.
Po všech stranách zajímavé
Brookhavenská národní laboratoř amerického ministerstva energetiky oznámila, že na světě existuje polarizované elektronové dělo s nejvyšším napětím, které je klíčovým stavebním prvkem pro urychlovač elektronů (Electron Ion Collider). Tento srážeč bude zkoumat nejmenší složky viditelné hmoty a umožní vědcům prozkoumat tajemství jader atomů. Za tímto účelem bude urychlovat a srážet polarizované elektrony a protony, čímž získá podrobné informace o vnitřních složkách atomů.
World's highest-voltage gun accelerates electrons from zero to 80% the speed of light. https://t.co/X6Vs2HvJ6b
— BEYA STEM (@BlackEngineer) October 16, 2024
Projekt elektronového děla navrhl v roce 2017 fyzik Erdong Wang, který vede návrh a testování zařízení. Wang spolupracoval s univerzitami, jako je Stony Brook, a také s institucemi, jako je Jefferson Laboratory a Old Dominion University. Tým, který zbraň navrhl a testoval, zahrnuje mimo jiné odborníky na dynamiku paprsků, materiálové inženýrství a diagnostiku paprsků, takže jde o překvapivě pokročilou technologii pro všechny.
Důležitým aspektem tohoto výzkumu je schopnost EIC řídit a vyrovnávat „spiny“ částic. To umožní zkoumat, jak je spin protonu – což je stále záhada, kterou je třeba vyřešit – generován vnitřními částicemi protonu, jako jsou kvarky a gluony. Tato vlastnost částic má význam v oblastech, jako je zobrazování magnetickou rezonancí, které se běžně používá v medicíně.
Elektronové dělo využívá jevu známého jako fotoelektrický jev, který poprvé popsal Albert Einstein v roce 1921. Tento jev spočívá v uvolňování elektronů při dopadu světla na určité materiály. Pro tento projekt byl jako základní materiál použit arsenid galia, který byl upraven tak, aby se zvýšila účinnost emise polarizovaných elektronů.
Zbraň předčila očekávaní vědců
Vytvoření tohoto zařízení vyžadovalo vyřešení několika obtížných technických problémů. Jedním z nich bylo, jak zajistit vysoké napětí potřebné ke generování elektronového svazku ve vakuovém prostředí. Tým navrhl speciální konektor, který izoluje napětí od kovových součástek, aby se zabránilo elektrickým výbojům, a zároveň použil polovodičovou vrstvu, která zabraňuje hromadění náboje.
Během prvních testů byla zbraň schopna pracovat nepřetržitě a stabilně po dobu šesti měsíců bez údržby, což je v této oblasti významný úspěch. Tento systém polarizovaných elektronů je nejpokročilejším a nejnapěťovějším systémem na světě, který splňuje náročné požadavky EIC. V příštích letech se očekává další vývoj ještě pokročilejších technologií pro zlepšení výkonu urychlovače, včetně elektronového děla s vyšším napětím a proudem.
Konstrukce systému se zaměřuje nejen na rychlost a vyrovnání elektronů, ale také na účinnost. Pro zajištění optimálního výkonu tým vyvinul fotokatodu s nanorozměrnou strukturou, která maximalizuje produkci polarizovaných elektronů. Kromě toho zavedli pokročilé techniky pro ochranu tohoto choulostivého materiálu v extrémních podmínkách vakua.
Rychlost elektronů je impozantní, dosahuje 80 % rychlosti světla na pouhých pěti centimetrech. Navzdory této počáteční rychlosti je skutečnou zvláštností tohoto systému schopnost polarizace elektronů, tj. přesné vyrovnání jejich „spinů“, což je klíčové pro experimenty, které se budou v EIC provádět.