¿Puede un láser de electrones libre usar una onda EM estacionaria como fuente de campo magnético para generar luz a partir de haces de electrones?

P: ¿Podría usar tal interacción para hacer que los electrones formen microbunches que irradian con una intensidad proporcional al número de partículas al cuadrado?

R: Longitudes de onda largas (> 30 cm) de luz en Standing_Wave_Linacs se usan regularmente para dar energía a un grupo de electrones completo o darle un gradiente de energía longitudinal que permite que se comprima mediante dispersión.

Si desea utilizar la luz para darle al haz una modulación de energía para un FEL, la longitud de onda debería ser tan corta como la longitud de onda a la que desea que irradie su FEL (o un subarmónico del mismo, pero esa es una historia diferente) . Para las longitudes de onda visibles, esa podría ser una forma razonable de organizar los electrones en microuniones, pero con la tecnología actual, aún necesita doblar la trayectoria de los electrones con un imán para que irradien.

Con la tecnología especulativa que utiliza células de plasma llenas de una longitud de onda de luz que es más larga que un grupo de electrones microprocesados ​​y copropagables, el gradiente en cada célula podría hacerse lo suficientemente grande como para hacer que el haz microbunched emita un poco de radiación Unruh debido a La aceleración. Para que la radiación sea coherente, como en un FEL, la velocidad de aceleración tendría que coincidir perfectamente con el espacio del microbunch, de modo que la radiación de cada microbunch se sume, en fase. Si esto es posible, su viabilidad está a décadas de distancia y si la densidad de plasma de fondo es más alta que un nivel crítico, un FEL no podría excitarse de esa manera.

P: ¿Se pueden usar electrones y fotones en copropagación para producir luz?

R: Sí, pero realmente no dirías que es lo mismo que un FEL estándar. Si hay un ángulo entre los electrones que se propagan conjuntamente y el pulso láser, lo que está describiendo es la dispersión inversa de Compton (dispersión de Compton en reversa) y esto se utiliza para convertir los rayos X en rayos gamma.

¡Idea interesante!

El FEL usa “wigglers” u “onduladores” (no recuerdo cuál es cuál) compuestos de imanes permanentes con polaridades alternas para patear los electrones de un lado a otro al unísono hasta que todos emitan luz de la misma longitud de onda de manera coherente. Entonces, ¿por qué no usar una onda estacionaria para hacer lo mismo?

Recuerdo que cuando realicé mi examen oral de doctorado en 1972, una de las preguntas que me hicieron fue: “¿Por qué no utilizar los enormes campos eléctricos en un láser para acelerar las partículas cargadas en los aceleradores más cortos y baratos del mundo?” quien hizo esa pregunta siempre se la hizo a todos los candidatos a doctorado en Física de Alta Energía, con la esperanza de obtener una respuesta viable algún día. Desde entonces, los ejércitos de físicos aceleradores lo han intentado, ocasionalmente con un éxito parcial; No creo que la idea sea abandonada, e incluso podría funcionar eventualmente.

De todos modos, veo el siguiente problema: el campo magnético tendrá su mayor intensidad solo durante una pequeña fracción del período de la onda estacionaria, y medio ciclo más tarde estará en la dirección opuesta. Mientras la onda estacionaria tenga una frecuencia baja, esto todavía se vería como una especie de ondulador durante al menos parte del ciclo; pero entonces la longitud de onda de la onda estacionaria sería más larga, quizás demasiado larga para que funcione en ese papel. Recuerde, la onda estacionaria consiste en dos ondas EM de contrapropagación, y cada una de estas se propaga a la misma velocidad que la luz FEL deseada, y solo un poco más rápido que los electrones que se ondulan.

Si bien no puedo demostrar de manera concluyente que esto no funcionará, todos mis instintos dicen que es un espectáculo. ¿Quizás mis instintos están contaminados por décadas de intentos fallidos de aceleradores accionados por láser?

A la frecuencia correcta usando ondas EM, es posible crear fotones estimulando los electrones libres.