Physiker, Materialwissenschaftler und andere Interessenten brauchen in Zukunft nicht mehr jahrelang auf eine Experimentiermöglichkeit beim fast 30 km durchmessenden Teilchenbeschleuniger CERN in Genf zu warten, sondern können selbst im heimischen Institut mit einem schuhkartongroßen Teilchenbeschleuniger präzise Teilchenstrahlen für ihre Versuche produzieren.
Schon in fünf Jahren soll das erste experimentelle Modell fertig sein, berichtet aktuell Technology Review. „Die Miniaturisierung der Beschleuniger kann man mit der Entwicklung von Computern vergleichen, die ursprünglich ganze Räume einnahmen und nun am Handgelenk getragen werden“, sagt dazu Peter Hommelhoff, seines Zeichens Laserphysiker an der Universität Erlangen-Nürnberg.
Das Funktionsprinzip könnte man „Surfen“ nennen…
Bei schuhkartongroßen Teilchenbeschleuniger schicken die Forscher einen Teilchenstrahl (z.B. Elektronen) direkt über eine Glasplatte, die von unten mit Laserlicht bestrahlt wird. Senkrecht zur Flugrichtung der Elektronen ritzten die Forscher kleine Rillen in das Glas, in denen das Laserlicht nur eine kürzere Strecke zurücklegen muss. – die Position seiner Wellen über der Platte verschiebt sich.
Wenn man diese Rillen richtig angeordnet, kommen die Teilchen auf ihrem Weg übers Glas immer durch ein Wellental und werden kontinuierlich beschleunigt. Diese Beschleunigung ist tatsächlich mit der der konventionellen, riesigen Beschleuniger vergleichbar.
Zusatznutzen Kielfeld-Beschleunigung
Schicken die Physiker einen starken Laserblitz durch ein Plasma, wirft dieser die sehr leichten Elektronen vorübergehend aus der Bahn, während die relativ schwereren Protonen an ihrem Platz verharren.
So entsteht eine positiv geladene Blase, die sich zusammen mit dem Laserstrahl in dem Plasma fortbewegt. Die verdrängten Elektronen versuchen natürlich, diese Lücke schnell wieder zu besetzen, besonders am hinteren Ende der Blase. Schickt man nun zusätzliche Elektronen zum richtigen Zeitpunkt in die sich schließende Blase, können die wie ein Surfer auf den nachströmenden Teilchen reiten und so eine höhere Energie erreichen als der ursprüngliche Laserstrahl – wie ein Radfahrer, der sich an ein Auto anhängt.
Weil die Turbulenzen hinter dem Laserpuls an die Kielwelle bei einem Schiffs erinnern, nennt man dies Verfahren auch Kielfeld-Beschleunigung.
Da es ja noch fünf Jahre bis zu einem funktionellen Modell des Mini-Beschleunigers braucht, wird hier vielleicht etwas früh getrommelt. Zumindest wird hier aber ein innovatives Prinzip genutzt und es wäre zu hoffen, daß die kleinen Geräte zukünftig die großen Zyklotrone nicht nur in Genf entlasten können.
