Batas Baru dalam Radiasi Sinkrotron

Teknik baru ini memperpendek kumpulan elektron dalam cincin penyimpanan untuk menghasilkan radiasi sinkrotron yang lebih kuat dan koheren, mirip dengan laser berdaya tinggi. Metode ini telah berhasil diuji, menandai kemajuan menuju jenis sumber radiasi baru yang dapat memiliki dampak signifikan pada penelitian material.

Sebuah tim internasional menyajikan prinsip fungsional sumber baru radiasi sinkrotron di Komunikasi Alami Fisika. Steady-state microbunching (SSMB) memungkinkan pembangunan sumber radiasi yang efisien dan kuat untuk radiasi UV yang koheren di masa mendatang. Hal ini sangat menarik untuk aplikasi dalam penelitian dasar maupun dalam industri semikonduktor.

Cincin Penyimpanan dan Radiasi Sinkrotron

Ketika elektron yang sangat cepat dibelokkan, elektron tersebut memancarkan cahaya radiasi sinkrotron. Cahaya ini digunakan dalam apa yang disebut cincin penyimpanan, tempat magnet memaksa partikel ke jalur tertutup. Cahaya ini tidak koheren secara longitudinal dan terdiri dari spektrum panjang gelombang yang luas. Kecemerlangannya yang tinggi menjadikannya alat yang sangat baik untuk penelitian material. Monokromator dapat digunakan untuk memilih panjang gelombang individual dari spektrum, tetapi ini mengurangi daya radiasi beberapa kali lipat menjadi beberapa watt.

Kemajuan dalam Pembangkitan Cahaya Koheren

Namun, bagaimana jika cincin penyimpanan menghasilkan cahaya monokromatik yang koheren dengan keluaran beberapa kilowatt, mirip dengan laser berdaya tinggi? Fisikawan Alexander Chao dan mahasiswa doktoralnya Daniel Ratner menemukan jawaban untuk tantangan ini pada tahun 2010: jika elektron yang mengorbit di cincin penyimpanan lebih pendek dari panjang gelombang cahaya yang dipancarkannya, radiasi yang dipancarkan akan koheren dan karenanya jutaan kali lebih kuat.

“Anda perlu tahu bahwa elektron dalam cincin penyimpanan tidak terdistribusi secara homogen,” jelas Arnold Kruschinski, mahasiswa PhD di HZB dan penulis utama makalah tersebut. “Elektron bergerak dalam gugus dengan panjang khas sekitar satu sentimeter dan jarak sekitar 60 sentimeter. Itu enam kali lebih banyak daripada mikrogugus yang diusulkan oleh Alexander Chao.” Ahli teori Tiongkok Xiujie Deng telah menyiapkan serangkaian pengaturan untuk jenis akselerator melingkar tertentu, cincin isochrone atau “alfa rendah”, untuk proyek Steady-State Micro-Bunching (SSMB). Setelah berinteraksi dengan laser, ini menciptakan gugus partikel pendek yang panjangnya hanya satu mikrometer.

Terobosan dalam Teknik Micro-Bunching

Tim peneliti dari HZB, Universitas Tsinghua, dan PTB menunjukkan bahwa hal ini berhasil dalam percobaan pembuktian prinsip pada tahun 2021. Mereka menggunakan Metrology Light Source (MLS) di Adlershof — cincin penyimpanan pertama yang pernah dirancang untuk operasi alfa rendah. Tim tersebut kini telah dapat sepenuhnya memverifikasi teori Deng untuk menghasilkan mikrokluster dalam percobaan ekstensif. “Bagi kami, ini merupakan langkah penting menuju jenis baru sumber radiasi SSMB,” kata Arnold Kruschinski.

Jörg Feikes dan mahasiswa PhD Arnold Kruschinski di ruang kontrol BESSY II dan MLS. Kredit: Ina Helms / HZB

Perspektif Masa Depan dan Tujuan Jangka Panjang

Namun, manajer proyek HZB, Jörg Feikes, yakin bahwa momen itu akan tiba dalam waktu yang lama. Ia melihat beberapa kesamaan antara SSMB dan pengembangan laser elektron bebas. “Setelah percobaan awal dan pengembangan selama puluhan tahun, idenya berubah menjadi akselerator superkonduktor sepanjang satu kilometer,” katanya. “Pengembangan semacam itu bersifat jangka panjang. Dimulai dengan sebuah ide, lalu teori, lalu para peneliti secara bertahap mewujudkannya, dan saya pikir SSMB akan berkembang dengan cara yang sama.”

Referensi: “Konfirmasi dasar teoritis dari steady-state microbunching” oleh Arnold Kruschinski, Xiujie Deng, Jörg Feikes, Arne Hoehl, Roman Klein, Ji Li, Markus Ries dan Alexander Chao, 21 Mei 2024, Fisika Komunikasi.
Nomor Identifikasi Penduduk: 10.1038/s42005-024-01657-y