¿Es posible construir una pistola de electrones que pueda suministrar un flujo constante de partículas como un láser?

Este es uno de los factores limitantes de los aceleradores de electrones.

Una fuente de electrones se llama cátodo. El método típico para obtener electrones de un cátodo es ‘golpearlo’ con una gran descarga de corriente. Esta descarga excita los electrones del cátodo y en la dirección de la corriente.

Esta es una de las áreas activas en la investigación del acelerador: cómo construir un cátodo de mayor duración con un mayor rendimiento de electrones (como probablemente pueda imaginar, descargar un voltaje enorme en un objeto tenderá a vaporizarlo, y el método requiere enormes voltajes para obtener rendimientos relativamente insignificantes de electrones libres).

Los electrones son partículas discretas, por lo que no es realmente posible obtener una ‘corriente’ continua de la manera que se puede con un rayo láser (que es una oscilación de campo coherente). Incluso entonces, las limitaciones físicas de un cátodo limitarán su capacidad de producir un ‘flujo constante’.

Sin embargo, en la medida en que pueda crear una corriente continua de electrones, hay otro problema. El experimento LIGO depende de dos propiedades de la luz láser que faltarán fundamentalmente en el haz de electrones: coherencia y comportamiento ondulatorio. El experimento LIGO (y, de hecho, cualquier experimento de interferometría) depende de estos elementos para operar.

La longitud de onda de sus electrones acelerados y su estado de alta energía impedirá que se realicen mediciones significativas.

Sin embargo, lo que puede hacer con un haz de electrones es construir un láser extremadamente potente llamado láser de electrones libres. Sus electrones de mayor energía se pueden usar para producir un rayo láser de frecuencia extremadamente alta; esta alta frecuencia se traduce en una mayor precisión en un experimento de interferometría. Entonces no es una pérdida total.

Gran pregunta !!

Sí, es posible hacer láseres de electrones. Stanford es un líder mundial en ellos

Láser de electrones libres – Wikipedia

Dicho esto, más importante que la longitud de onda es una propiedad llamada coherencia en un experimento interferométrico como el LIGO. Desea asegurarse de que su sonda, el láser, no cambie las propiedades más que la gravedad misma. Es por eso que tienen mucho cuidado para estabilizar su láser. Creo que los láseres de electrones libres son mucho más difíciles de estabilizar. Por lo menos, son bastante más jóvenes que los láseres ópticos y más difíciles de generar.

De alguna manera tienen eso ahora. Solo que no lo llaman pistola de electrones. Puede modificar el objeto descrito a continuación para convertirlo en una pistola de electrones (de algún tipo).

Tome un generador de bombillas y haga un punto exterior, de modo que no sea una bombilla cerca del punto. Los electrones se limpian de algún material dentro del generador, viajan hacia el interior de la bombilla a través de un cable y se concentran en la superficie de la bombilla en el “punto” en el exterior.

Sin embargo, no creo que los electrones que salen del punto sean cooperativos y sigan un camino directo “similar al láser”. Ellos simplemente cortocircuitarían a la “tierra”.

¿Por qué crees que un haz de electrones sería más preciso? Los haces de electrones son fáciles de hacer, los viejos tubos de rayos catódicos los usaban, pero son inherentemente ruidosos. El mecanismo de emisión estimulada utilizado en un láser tiene un mecanismo de estrechamiento de ancho de banda inherente que no tiene un sistema basado en partículas físicas. Los láseres son el mejor mecanismo que tenemos para hacer que las cosas sean precisas con precisión: los electrones son para los láseres como las rocas son para los escalpelos.

Entonces tienes el problema de construir un espejo electrónico perfectamente plano. Ligo refleja el rayo láser varios cientos de veces para aumentar la longitud efectiva. Ningún espejo electrónico que conozca es tan exacto.

Luego tienes que hacer un patrón de difracción al final. Si bien las personas han realizado patrones de difracción con electrones, los que conozco son de auto-difracción, donde un electrón interfiere consigo mismo.

La respuesta de Alec cubre las cosas más profundas, pero algo más a considerar es que, además de ser perfectamente monocromático, también se supone que un láser está perfectamente colimado (es decir, el haz no diverge en la distancia). Si bien eso no es realmente posible para nosotros lograrlo prácticamente, solo eche un vistazo a los punteros láser que brillaron en Brock Osweiler en el Estadio Azteca. Para nuestros láseres industriales y de grado de investigación más caros, podemos hacer que los haces de fotones estén bien colimados, es decir, no diverjan mucho en una larga distancia. Sin embargo, los fotones no tienen que preocuparse por la repulsión culombiana como lo hacen los electrones. Entonces, en ese sentido, los haces de electrones nunca pueden ser como un láser

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