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Teilchenphysik: Stabiler Elektronenstrahl durch Laserlicht

Für viele Anwendungen, die eine hohe zeitliche oder räumliche Auflösung verlangen, sind Teilchenbeschleuniger notwendig, die einen hochenergetischen Materiestrahl liefern. Allerdings sind diese Apparaturen meist so groß, dass längst nicht alle gewünschten Untersuchungen und Experimente tatsächlich durchgeführt werden. Ein Team französischer Wissenschaftler um Jérôme Faure von der Ecole Polytechnique in Palaiseau hat nun womöglich eine Technik entwickelt, die stabile Elektronenstrahlen mit vorbestimmbaren Eigenschaften im Labormaßstab liefert.

Elektronen Laden...
Elektronen "lasern" | Schematische Darstellung der Abläufe im neuen Elektronenstrahlgenerator: Zwei ultrakurze Laserpulse (rosa) erzeugen bei ihrer Kollision (Mitte) einen Elektronenstrahl (unten, hellblau), der mit dem Lichtpuls des Hauptlasers "reitet".
In dem Gerät wandelt zunächst ein starker Laserpuls ein passives Gas wie Helium in ein Plasma um. Die Elektronen darin oszillieren fast auf der Stelle. Erst wenn ein zweiter Laserstrahl, der in entgegengesetzte Richtung verläuft, mit dem ersten überlagert, bildet sich vorübergehend eine stehende Welle. Das damit verbundene elektromagnetische Feld beschleunigt die Elektronen. Jene, die in Ausbreitungsrichtung des Hauptlaserpulses fliegen, werden von ihm mitgerissen – wie Surfer von einer Welle. Je nach Einstellung erreichen sie dadurch fast Lichtgeschwindigkeit und tragen entsprechend hohe Energien.

Die so gebildeten Elektronenstrahlen entstehen auf wenigen Millimetern Raum, sind stark gebündelt und haben alle annähernd die gleiche Energie. Allerdings ist ihre Zahl gegenwärtig noch sehr gering. Für viele Zwecke dürfte es jedoch schon genug sein, sodass der Einsatz dieser Teilchenquelle in Medizin, Forschung und Industrie vielleicht in recht naher Zukunft liegen könnte.

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