-
شتاب‌دهنده ليزر- پلاسما
شتاب‌دهنده‌ها بسيار گران‌قيمت هستند. اما اگر بتوان شتاب‌دهنده‌اي ساخت كه تنها به يك متر فضا نياز داشته باشد و كارايي بالايي هم داشته باشد چه؟ شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهند اين طرح چه‌قدر عملي است.
رايانه‌ها هر روز كاراتر، قوي‌تر، سريع‌تر و البته ارزان‌تر مي‌شوند. همين امر به دانشمندان كمك كرده تا بسياري از تحليل‌ها و مطالعاتي را كه در محيط آزمايشگاهي نمي‌توانستند انجام دهند، با استفاده از مدل‌هاي رايانه‌اي انجام بدهند.
همچنين، وقتي اطلاعات به صورت شبيه‌سازي رايانه‌اي و در قالب مدل ارائه مي‌شوند، در مقايسه با كوهي از اعداد و نمودار و جدول، قابل درك‌تر هستند و چشم انسان مي‌تواند از آن‌ها اطلاعاتي را بگيرد كه شايد در بين واژه‌ها و خطوط نتواند همين اطلاعات را درك كند.
در واقع چشم انسان مي‌تواند الگوهايي را در مدل‌ها ببيند كه توضيح آن‌ها با استفاده از هر روش ديگري دشوار خواهد بود. بنابراين، دريچه تازه‌اي به روي محققين باز شد: مدل‌هاي رايانه‌اي.
به گزارش وايرد، امسال مركز انرژي آمريكا ميزبان مسابقه‌اي با عنوان شب تجسم بود كه مي‌توانيد آن را مسابقه اسكار ويدئوهاي شبيه‌سازي رايانه‌اي بدانيد. شما مي‌توانيد برندگان اين مسابقه را با خبرآنلاين دنبال كنيد.
در اين شبيه‌سازي، دانشمندان علوم رايانه كوشيده‌اند مدلي از نوعي شتاب‌دهنده را طراحي كنند و ويژگي‌هاي آن را بسنجند كه انتظار مي‌رود در آينده با كارايي بالا و در فضايي كم الكترون‌ها را به سرعتي نزديك به سرعت نور برساند.
در واقع دانشمندان در تلاش براي بازسازي آن‌چه در انفجار بزرگ اتفاق افتاده، از شتاب‌دهنده‌هاي ذرات استفاده مي‌كنند. با اين شتاب‌دهنده‌ها، ذرات زيراتمي با سرعتي نزديك به سرعت نور با هم برخورد مي‌كنند. مشكل اينجا است كه ساخت اين ماشين‌ها خيلي گران‌قيمت است و به فضاي بسيار بسيار زيادي هم احتياج دارد. براي مثال، برخورد دهنده بزرگ هادرون كه بيش از 27 كيلومتر در اروپا دور مي‌زند، بودجه‌اي معادل حدود 9 ميليارد دلار داشته است.
استل كورمير- ميشل، دانشمند علوم رايانه در اين‌باره مي‌گويد: «آن‌ها خيلي خيلي بزرگ و گران هستند. براي همين ما مي‌كوشيم فناوري‌هاي تازه‌اي ايجاد كنيم كه اندازه كوچك‌تري داشته باشند و البته ارزان‌تر تمام شوند. در اين زمينه، يكي از ايده‌ها، شليك پلاسما با استفاده از ليزرهاي بزرگ است. »
در اين شبيه‌سازي دانشمندان فناوري شتاب‌دهنده‌اي را بررسي مي‌كنند كه در واقع فناوري بسيار نوپا و تازه‌اي است و شتاب‌دهنده ليزر- پلاسما ناميده مي‌شود. در اين شتاب‌دهنده يك پرتوي ليزر درون پلاسماي يونيزه شده وارد مي‌شود تا حالتي را به وجود بياورد كه در اصطلاح برانگيختگي الكتريكي ناميده مي‌شود. ليزر دوم هم وارد مي‌شود و پس از برخورد با ليزر اول، الكترون‌ها را از پلاسما به بيرون پرت مي‌كند. الكترون‌ها تا رسيدن به سرعت نور شتاب مي‌گيرند و همه اين مراحل قرار است تنها به يك متر فضا نياز داشته باشد! اين الكترون‌هاي شتاب گرفته قرار است در نهايت با الكترون‌هاي آزاد شده از ماشين مشابهي كه درست در جهت مخالف حركت مي‌كنند برخورد كنند.
كورمير- ميشل كه روي شبيه‌سازي‌هايي از اين دست كار مي‌كند، بر اين باور است كه چنين شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي به فيزيكدانان تجربي كمك مي‌كنند به طور دقيق بدانند نمونه‌هاي گران‌قيمتي كه طراحي مي‌كنند واقعا به شتاب الكترون‌ها كمك مي‌كنند يا نه. در واقع براي ساخت چنين شتاب‌دهنده‌هاي گران‌قيمتي بايد از ثبات و كارايي بسيار بالاي آن‌ها مطمئن بود.
وي مي‌افزايد: «اگر من يك فيزيكدان باشم، مي‌خواهم كه باريكه ليزر چنين انرژي داشته باشد و در هر بار شليك هم بتواند به همان ميزان انرژي خود را نگه دارد. در حال حاضر با اين فناوري چنين چيزي ممكن نيست. قطعا مسير طولاني همچنان در پيش است و در اين مسير شبيه‌سازي‌هاي رايانه‌اي بسيار كمك خواهد كرد.»
