¿Qué es un láser de electrones gratis?

Un láser de electrones libre toma un montón de electrones que viajan cerca de la velocidad de la luz y utiliza un campo magnético para hacer que su trayectoria oscile hacia arriba y hacia abajo. La luz que irradian los electrones actúa de nuevo sobre los electrones de tal manera que los electrones se organizan en un patrón de microbunches regularmente espaciado. Estos microbunches se irradian de manera coherente, como en fase, en fase entre sí. (imagen de la naturaleza)

Para una descripción más detallada paso a paso a continuación, empiezo con una imagen de un electrón moviéndose en el espacio libre, seguido de una estela (desprendimiento de vórtice)

Si oscila la trayectoria del electrón hacia arriba y hacia abajo enviándola a través de un campo magnético oscilante, la estela que produce el electrón terminará frente al electrón, obligando al electrón de rápido movimiento a interactuar con su propia estela.

Si la oscilación magnética tiene una fase apropiada con respecto a la estela del electrón, el electrón estará en estado estacionario. Estará en fase con su propia estela. No ganará ni perderá energía cuando el campo magnético lo obligue a oscilar. (Estoy ignorando el “deslizamiento” por simplicidad)

Si la oscilación magnética no está en fase con la estela del electrón, el electrón ganará o perderá energía cuando interactúe con su propia estela y este cambio en la energía tiende a empujar al electrón hacia la fase de estado estacionario.

Cuando este proceso ocurre con muchos electrones a la vez, todos tienden a comenzar a moverse hacia la fase de estado estable, y esto hace que formen microbunches que irradian de manera coherente.

La radiación coherente se escala con el número de partículas al cuadrado, mientras que la radiación incoherente solo se escala con el número de partículas. Un láser se caracteriza por una emisión espontánea que escala con el número de partículas al cuadrado.

¿Agregaré algo aquí a las excelentes respuestas hasta ahora, específicamente para responder a “a quién le importa”? En otras palabras, “¿por qué son especiales FEL”? La respuesta es que los electrones que están libres ya no se rigen por la teoría cuántica en el sentido de que pueden asumir niveles de energía arbitrarios. Por lo tanto, pueden emitir energía láser a “cualquier” frecuencia o al menos a un rango de frecuencias. La mayoría de los láseres de cavidad funcionan bombeando material con energía inducida debido a la estructura del material.

Un gran ejemplo actual de un FEL es el láser LCLS en Stanford Linear Accelerator, que se activó hace 2 años.

Esta instalación responde a la pregunta: “¿Qué haces cuando tienes un acelerador lineal de electrones de 50 años que es tan poderoso que te has quedado sin experimentos apropiados para hacerlo?”

La respuesta en este caso fue “Agregue otra media milla de imanes y artefactos increíblemente complejos en túneles subterráneos y convierta su súper acelerador en un láser de rayos X súper”.

Actualmente, el LCLS está haciendo cosas que antes eran imposibles, como obtener imágenes del movimiento de los átomos a medida que forman moléculas, en tiempo real, en 100 billonésimas de una segunda resolución.

Lo más divertido es que la instalación está al otro lado de la calle de los mayores capitalistas de riesgo de Sand Hill Road en el mundo, y la mayoría de ellos ni siquiera saben que está funcionando.

Según lo entiendo de Wikipedia, los FEL funcionan moviendo (u ondulando) electrones que se están yendo rápido, en el vacío. El movimiento ondulante que se imparte al electrón hace que expulse los fotones, y debido a la interacción entre los fotones y los electrones, los fotones entran en fase (se convierten en láser)

http://en.wikipedia.org/wiki/Fre …