Texaanse wetenschappers hebben een deeltjesversneller gebouwd die gewoon op een tafel past. De versneller geeft elektronen een energieboost die voorheen alleen uit gigantische apparaten kon komen.

De tabletop deeltjesversneller Bron: universiteit van Texas
De tabletop deeltjesversneller
Bron: universiteit van Texas

‘We hebben een half miljard elektronen een versnellingsenergie gegeven van 2 gigaelektronvolt over een afstand van 2,5 centimeter’, zegt natuurkundige Mike Downer in een persverklaring. Dat lijkt niet veel – een vliegende mug heeft bijvoorbeeld een energie van zo’n duizend GeV. Maar die energie is geconcentreerd in minuscule deeltjes, dus elk elektron bevat een gigantische hoeveelheid energie. Om een elektron zo’n portie energie te geven ‘hadden we voorheen versnellers nodig die twee football-velden lang zijn’, aldus Downer. Zijn deeltjesversneller is bijna 10.000 keer kleiner.

Laserplons
Het systeem is gebaseerd op een laserplasma-versneller, een ontwerp dat uit de jaren zeventig stamt. In het apparaat raken korte, intense laserpulsen een gaswolk. Daardoor verandert het gas in geladen deeltjes: een zogeheten geïoniseerd plasma. Elektornen raken gevangen in geladen velden, die de laser voortstuwt met bijna de lichtsnelheid. Zo raken de elektronen enorm versneld. Door een extreem krachtige laser te gebruiken, konden de Texaanse fysici de snelheid hoger maken dan ooit tevoren.

Downer vergelijkt het systeem met een speedboat die je met de motor aan in een meer gooit. De boot (ofwel de laser) maakt eerst een flinke plons. Vervolgens veroorzaakt de boot een golf die op hoge snelheid meereist over het meer. Spetters van de eerste plons (de elektronen) kunnen worden meegesleurd in deze golf, en zo sterk versnellen.

Een versneller voor elk lab

De binnenkant van de versneller. De deeltjes komen van rechts aan, en raken in het midden van deze kamer versneld. Bron: universiteit van Texas
De binnenkant van de versneller. De deeltjes komen van rechts aan, en raken in het midden van deze kamer versneld.
Bron: universiteit van Texas

Door zijn table top versneller te perfectioneren, hoopt Downer een vrije-elektronlaser te maken. Dit soort lasers, die momenteel alleen in grote faciliteiten bestaan, veroorzaken de helderste röntgenstraling ter wereld. Chemici en biologen kunnen de lasers gebruiken om de moleculen in biologische materie tot op de atoom precies te onderzoeken. Zo kunnen ze bijvoorbeeld eiwitten in detail bestuderen.

Dankzij de doorbraak kan binnen enkele jaren elk onderzoekslab ter wereld zijn eigen versneller hebben. Dat zal de grote faciliteiten, zoals de Large Hadron Collidor van CERN, niet overbodig maken. De grootste versnellers ter wereld bereiken energieën van maarliefst duizenden gigaelektronvolt, een prestatie die de kleine versnellers niet zullen overtreffen.