Onderzoekers werken aan 'desktop-deeltjesversneller'

Een onderzoeksgroep die zich met hoog-energetische deeltjes bezighoudt, denkt dat toekomstige deeltjesversnellers niet alleen zeer klein, maar ook zeer goedkoop kunnen worden. Plasma zou grote lineaire versnellers overbodig maken.

Deze verwachting is gebaseerd op een idee dat uit 1979 stamt: in plaats van een deeltjesversneller die de energie van deeltjes met potentiaalverschillen en magneten langzaam opbouwt, is het ook mogelijk om plasma te gebruiken om elektronen van energie te voorzien. Door met een laserstraal de elektronen in het plasma opzij te duwen, ontstaan in het plasma gebieden met hoge en lage dichtheden, die zich vertalen in potentiaalverschillen. Op deze manier kunnen elektronen over een zeer geringe afstand grote hoeveelheden energie oppikken, in de orde van een GeV. Daarmee zouden grote deeltjesversnellers overbodig worden.

Oudere plasma-versnellers hadden echter enkele nadelen. Een daarvan is dat de energie die de elektronen meekrijgen, sterk varieert. Ook was de energie veel te klein om zinvolle experimenten mogelijk te maken. In 2004 werd een manier bedacht om deze problemen grotendeels te verhelpen. Door de laserstraal op een bepaalde manier te manipuleren, wisten onderzoekers de dichtheidsverschillen van de elektronen in het plasma zodanig te bewerken dat vrijwel alle elektronen dezelfde energie van ruim 1GeV kregen. In 2007 wist de wetenschapper Thomas Katsouleas zelfs een straal elektronen met een energie van 85GeV te produceren: meer dan interessant voor fundamenteel natuurkundig onderzoek.

Katsouleas smokkelde wel: in plaats van een laser gebruikte hij een straal elektronen die door de Slac-deeltjesversneller een energie van 42GeV hadden gekregen. Net als de laser zorgde de elektronenbundel voor dichtheidsverschillen in de elektronenwolk van het plasma, waardoor de benodigde potentiaalverschillen onstonden om de elektronen te versnellen. Net als bij eerdere experimenten bleken echter lang niet alle elektronen dezelfde energie mee te krijgen, en anders dan een laserkanon kon de Slac niet zodanig worden gemanipuleerd om dit probleem op te lossen.

De hoog-energetische elektronenstralen uit de plasma-versnellers zouden gebruikt kunnen worden om röntgenstraling op te wekken om zo (sub)atomaire deeltjes zichtbaar te maken of om kleinere structuren in halfgeleiders te etsen. Door plasma-versnellers naast een conventionele deeltjesversneller te gebruiken, zou de energie van de elekronenstralen drastisch kunnen stijgen, terwijl de plasma-versnellers slechts een fractie van de ruimte van reguliere versnellers innemen. Ook zijn de kosten veel lager dan die van lineaire of ronde deeltjesversnellers.

Binnen enkele jaren zouden plasma-versnellers om röntgenstralen mee op te wekken gemeengoed kunnen zijn. Een versneller die zo'n 500GeV kan halen - goed genoeg om elementaire deeltjes te onderzoeken - zou tegen 2025 haalbaar zijn. In maart van dit jaar zal het Amerikaanse Department of Energy beslissen welke techniek het meest veelbelovend is en overheidsfinanciering zal krijgen: de plasma-versnellers die op basis van lasers werken, of de versnellers die met 'voorversnelde' elektronenstralen werken, aldus New Scientist.

Reacties (25)

[AYCE]

Dus eerst een multimiljard project opzetten dat jaren in beslag nam om eindelijk gebouwd te worden, dat door een foutje nog eens een extra jaar voor uistel zorgt en dan plots:

"He witte wah? Heb no unne idee daj ut ook op munne buro ken? Haj no een ouw idee uit 1979"

Geloof dat al deze techniek vroeg of laat on echt wel kan helpen, maar wat een geld verspilling, als dit daadwerkelijk kan.

Iets meer ontopic:
Weet iemand of er uberhaupt nog wel naar alternatieve gezocht werd?

[kidde]

maar wat een geld verspilling, als dit daadwerkelijk kan.

Mooi niet. De LHC van CERN versnelt protonen, en die zijn 2000 maal zo zwaar als electronen die dit apparaat versnelt. ED: Dat levert tot 7 TeV = 7000 GeV op.
De LHC heeft verder apparatuur om die deeltjes op de juiste plek te laten botsen, deze plasma-versneller niet. En vooral de detectoren van LHC zijn complex.
Electronen versnellen is niet zo moeilijk (doet een oude TV ook en die past ook op je bureau); protonen versnellen, tot op de millimeter in de juiste baan houden op een traject van meerdere kilometers en ze dan op elkaar laten botsen is wel moeilijk.

Overdreven kan je het vergelijken met een atoombom of kernenergie-centrale: De eerste versnelt deeltjes, de tweede ook maar met meer controle zodat je er iets nuttigs mee kan.

Kortom, deze plasma-versneller is vziw absoluut geen mogelijke vervanger voor de LHC.

[Reactie gewijzigd door kidde op 25 juli 2024 18:36]

[EthirNandor3]

Ergens opgepikt dat 1 proton in de LHC (met 9.99999 % van de lightsnelheid) ongeveer het gewicht heeft van een fruitvliegje. (E=MC2 in actie)

De 2 wolkjes protonen die op elkaar botsen in de detectors van de LHC geven een klap vergelijkbaar met een vliegdekschip dat met 100 km/h tegen een muur botst.

Niet zo makelijk na te bootsen op een bureautje denk ik.

[Verwijderd]

In theorie zou je zelfs zoveel energie in die deeltjes kunnen pompen dat de massa oneindig groot wordt. Vandaar ook die theorie met de zwarte gaten enzo. In praktijk zal het toch wat lastiger zijn

[elmertje]

opletten: het gaat hier om electronen!! niet om protonen. Dat maakt nogal wat uit.

[Lolandros]

Inderdaad. De LHC versnelt protonen en die zijn, naast het feit dat de lading omgekeerd is, flink wat zwaarder dan elektronen. Als je elektronen wilt schieten open je toch je CRT

[Verwijderd]

Welnee, 1GeV is leuk als eerste voorversneller (zo'n grote versneller versnelt deeltjes niet vanuit niets naar de maximale energie, ze moeten al met een behoorlijke energie geinjecteerd worden) maar de LHC gaat echt veel verder dan dat. Dit soort versnellers wordt geoptimaliseerd voor het genereren van Röntgenstraling voor bv. kristalonderzoek, iets dat men in de LHC juist wil minimaliseren omdat dat daar allemaal verliezen zijn.

Toen ik stage liep bij de vakgroep deeltjesversnellers aan de TUE (zo rond 1991) had men het hier al over. Destijds werkte ik aan het ontwerp van een apparaat dat ook als Röntgenbron gebruikt zou moeten worden, en die had een omtrek van vele 10tallen meters.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 25 juli 2024 18:36]

[Supremo]

Tsja, als je tot 2025 kunt wachten... En dat is waarschijnlijk nog een ruwe schatting.

Is de wet van de remmende voorsprong, he. Eenmaal een keuze gemaakt ga je daarmee verder, ook al kost het jaren om de eindstreep te halen. En ja, dat de wereld ondertussen niet stilstaat, dat is aan de andere kant maar goed ook.

[dasiro]

tja, aan de LHC is ook lang gewerkt

[Dooievriend]

En van de techniek nu uit het artikel zullen ze nog 20 jaar moeten werken voor ze er ook maar iets mee kunnen doen. LHC is gewoon eerder. In tweakerstermen: de brute nVidiakaart is duurder, double slot en stroomvretend, maar komt wel 2 jaar eerder op de markt dan ATI's energiezuinige en krachtiger alternatief. Geen enkele tweaker zou twijfelen welke te kopen

[Alkjoa]

@AYCE
Had je 25 jaar geleden ook tegen Seymour Cray kunnen zeggen: "Laat maar zitten die dikke computers van jou. Over 25 jaar past dat allemaal in een kleine doos op je bureau."
Wat een geldverspilling!

[Reactie gewijzigd door Alkjoa op 25 juli 2024 18:36]

[EthirNandor3]

Er is intussen ook zo'n 24 jaar aan de LHC gewerkt. Dus als deze techniek mogelijk is in 2025, en dan nog 25 jaar moet worden doorontwikkelt voordat het net zo goed is als de LHC, betekent dit 42 stilstand in dit vakgebied.

Vindt ik toch een beetje jammer: zo duur is die LHC niet (In plaats van Fortis kopen kun je 3 LHC's bouwen, en dat is nog uitgemeerd over 60 landen over een periode van 25 jaar)

[Reactie gewijzigd door EthirNandor3 op 25 juli 2024 18:36]

[Verwijderd]

Geweldig. Betekent dit nu ook dat ik zogeten "black holes" op mijn bureau kan genereren? Maar zonder gekheid; voor heldere uitleg: http://74.125.77.132/sear...erator&hl=en&ct=clnk&cd=2

Maarja, wat is helder als het over deeltjes versnelling gaat.....

[kozue]

Oh, dat kon allang al, in 2008: http://www.sciencehumor.org/2008/portable-black-hole/

[poefel]

Aan 'onze eigen' Technische Universiteit Eindhoven wordt hier ook al jaren onderzoek naar gedaan. Zij zijn geen onbelangrijke speler in dit vakgebied. Zie hier.

[ericcgg]

alsof TU/e echt de moeite doet om in het nieuws te komen... delft zie je bijna maandelijks met iets op het nieuws. en nog veel vaker hoor je een of andere prof uit delft op het nieuws. ach dat houdt de universiteit wel lekker rustig

[Bluefan]

Ik heb pas kleine rondleiding gehad bij de vakgroep laserfysica aan universiteit twente, daar waren ze behulp van een gigantische femtoseconde laser ook bezig hier onderzoek in te doen. Leuk om te zien, indrukwekkende opstelling.

[Reactie gewijzigd door Bluefan op 25 juli 2024 18:36]

[fevenhuis]

Dan laat je nooit meer papieren op je buro slingeren.

[Verwijderd]

Waarschijnlijk staat zo'n ding straks gewoon op je boekenlijst voor het VMBO om de broodnodige natuurkunde proefjes te kunnen doen...

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 25 juli 2024 18:36]

[gnimmeL_kraD]

Ik ben benieuwd wanneer deze dan bij ThinkGeek.com te bestellen zijn

[kidde]

'T nieuws is een bepaalde verwachting van personen met 'enige authoriteit'. Zoiets als dat Google denkt dat er over twee jaar een betere op Android gebaseerde opvolger voor de iPhone zou zijn, zoiets zou ook op Tweakers staan.