Ngay khi Nguồn Sáng Kết hợp Linac phát ra các tia X với công suất chưa có tiền lệ, đánh dấu một kỉ nguyên mới trong ngành khoa học tia X, một đội gồm các nhà nghiên cứu SLAC đang tìm cách làm cho các laser tia X như vậy mạnh thêm nữa. Trong một bài báo công bố hôm qua trên tờ Physical Review Letters, đội “Echo 7” đã mô tả thành công của họ trong việc thêm một tính chất khó nắm bắt nữa vào những chùm tia như vậy: tính kết hợp thời gian.
Nhà vật lí máy gia tốc SLAC Dao Xiang tại NLCTA, nơi Xiang và các đồng nghiệp của ông tiến hành thí nghiệm Echo 7. Ảnh: Brad Plummer
Các laser electron tự do như LCLS tạo ra các tia X kết hợp không gian; nói cách khác, các đỉnh và hõm của mỗi sóng ánh sáng tại một thời điểm cho trước sắp ngay hàng với nhau, truyền về phía trước hoàn toàn đồng bộ với nhau. Với ánh sáng kết hợp thời gian, các đỉnh và hõm sóng tại một thời điểm khớp với các đỉnh và hõm sóng sau đó một lượng thời gian nhất định.
Các thí nghiệm, thực hiện từ hồi tháng 4 đến tháng 7, xây dựng trên một lí thuyết gọi là Sự phát Điều hòa Cho phép Tiếng vọng (EEHG) do nhà lí thuyết máy gia tốc hạt SLAC (Trung tâm Máy gia tốc Thẳng Stanford) Gennady Stupakov đề xuất.
Trong EEHG, một chùm electron tương với một laser “hạt giống” có sự kết hợp thời gian và không gian, mặc dù có bước sóng dài hơn bước sóng mà các nhà nghiên cứu muốn có. Sự tương tác với laser hạt giống làm cho các electron trong chùm tia gói lại thành bó có hình dạng thích hợp để sau đó phát ra ánh sáng tia X kết hợp thời gian và không gian. Để so sánh, LCLS bắt đầu không với một laser mầm, mà với sự nhiễu ngẫu nhiên, dẫn tới sự kết hợp không gian nhưng không kết hợp thời gian.
Tại Máy gia tốc Kiểm nghiệm Máy Va chạm Thẳng Tiếp theo, đặt tại Trạm Cuối B, các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra một chùm tia kết hợp thời gian với bước sóng nhỏ hơn bốn lần so với bước sóng lúc bắt đầu của nó: trong vùng phổ tử ngoại. Cuối cùng, đội nghiên cứu muốn giảm bước sóng xuống 20% giá trị đó, tạo ra ánh sáng tử ngoại cực ngắn kết hợp không gian và thời gian, ổn định trong không gian và nhất quán theo thời gian.
“Đây là một bước tiến quan trọng”, nhà vật lí máy gia tốc SLAC Dao Xiang, người chỉ đạo thí nghiệm trên với sự hỗ trợ của Michael Dunning và Stephen Weathersby thuộc Khoa Thiết bị Kiểm nghiệm Phân viện Nghiên cứu Máy gia tốc. “Chúng tôi đã chứng minh được EEHG hoạt động”.
Đội nghiên cứu hiện đang nỗ lực xúc tiến việc công nhận lí thuyết và tạo ra những bước sóng ngắn hơn của ánh sáng kết hợp thời gian. Trong tương lai gần, các nhà nghiên cứu trên muốn xác nhận rằng kĩ thuật này có thể tăng cỡ lên vùng tia X. “NLCTA là một thiết bị kiểm nghiệm độc nhất vô nhị dành cho nghiên cứu và phát triển máy gia tốc thực nghiệm”, Hast nói. “Chúng tôi có kế hoạch sử dụng nó nghiên cứu thêm nhiều cơ sở vật lí chùm tia cơ bản nữa trong vài năm sắp tới”.
Nếu các thí nghiệm tương lai thành công như thí nghiệm này, thì EEHG còn có thể dùng trong LCLS-II để tạo ra các tia X kết hợp hoàn toàn, phát ra đều đặn đến mức chúng có thể đồng bộ hóa với một laser dùng cho các thí nghiệm bơm-khảo sát. Với ánh sáng tia X kết hợp hoàn toàn, các nhà nghiên cứu tại LCLS có thể thực hiện nhiều nghiên cứu chụp ảnh và hiển vi học độ phân giải cực cao hiện đang còn nhiều thách thức – những bổ sung đáng giá cho cỗ máy được kì vọng cao.
Nguồn: SLAC, PhysOrg.com
