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Laser: Tischbeschleuniger bricht Weltrekord

Plasmabeschleuniger sind klein, aber leistungsstark. Nun haben Physiker einen neuen Energieweltrekord für diese tischgroßen Maschinen aufgestellt.
Im Plasmabeschleuniger können Elektronen auf extreme Geschwindigkeiten beschleunigt werden.

Mit Hilfe eines der stärksten Laser der Welt haben Physiker Elektronen extrem stark angetrieben und dabei einen neuen Weltrekord für Plasmabeschleuniger aufgestellt. Wim Leemans vom Lawrence Berkeley National Lab und seine Kollegen setzten dazu einen speziellen Petawatt-Laser ein, der die Teilchen in einem aufgeladenen Plasma beschleunigen sollte. In der nur neun Zentimeter langen Tube jagten die Forscher dann die Elektronen im Gas auf eine Geschwindigkeit, die einer Energie von 4,25 Gigaelektronenvolt (GeV) entspricht. Über die kurze Distanz hinweg erreichten sie damit einen Energiegradienten, der 1000 Mal größer war, als bislang in herkömmlichen Teilchenbeschleunigern wie dem LHC in Genf möglich war. Dort erfolgt die Beschleunigung der Teilchen in einem mehr als 25 Kilometer langen Ringtunnel mit Hilfe starker Magnete. Seine maximale Beschleunigungskapazität liegt allerdings bei 100 Megaelektronenvolt pro Sekunde – darüberhinaus würde die metallische Struktur zerstört werden, so Leemans.

Plasmabeschleuniger arbeiten dagegen mit einer anderen Technik: Dabei werden Laserpulse in plasmagefüllte Glaszylinder gejagt. Dadurch entstehen im Plasma eine Art Kanal sowie Wellen, die Elektronen mitreißen und dabei extrem beschleunigen. Das gesamte Gerät ist so klein, dass man es im Prinzip auf einem stabilen Labortisch aufbauen kann, weswegen viele Physiker darin ein Zukunftsmodell für die Teilchenphysikforschung sehen. Leemans und Co planen daher im nächsten Schritt eine weitere Beschleunigung, die etwa zehn GeV gleichkommt. Dazu müssen sie allerdings die Dichte des Plasmakanals noch besser kontrollieren, damit die hochenergetischen Elektronen hindurch passen und gemessen werden können.

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