Физика

В CERN собрали обнадеживающие данные о новом способе ускорения частиц

Maximilien Brice/CERN

Коллаборация AWAKE, занимающаяся разработкой новаторского способа ускорения частиц, в последнюю в году неделю работы ускорителя наблюдала в эксперименте сильную модуляцию высокоэнергичного протонного пучка, что является признаком генерации очень мощных электромагнитный полей. Это существенный шаг на пути к созданию ускорителя частиц, основанного на возбуждении кильватерной волны в плазме протонами, сообщает пресс-релиз CERN.

Продвинутый эксперимент по созданию протонами кильватерного ускорения в плазме (Advanced Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment — AWAKE) — это первая попыткой использовать подобную технику для ускорения частиц. Она основана на создании так называемого кильватерного ускорения, идея которого состоит в расталкивании пучком частиц (называемым ведущим) электронов в плазме, тем самым создавая области повышенной плотности положительного заряда. Такие области могут создавать недостижимые другими методами напряженности электрического поля. Если затем пустить пучок отрицательно заряженных частиц (называемый ведомым), то он будет очень эффективно ускоряться.

В рабочей установке данного эксперимента в плазменную колонку, создаваемую путем ионизации газа лазером, из ускорителя SPS выпускается ведущий пучок протонов. Взаимодействие этого пучка с плазмой приводит к его разделению на несколько меньших сгустков — этот процесс называется самомодуляцией. По мере движения этих сгустков сквозь ионизированный газ, они создают сильную кильватерную волну. Именно признаки самомодуляции были замечены в недавних экспериментах. «Использование протонных пучков для создания кильватерной волны представляет особый интерес благодаря большой энергии этих частиц из ускорителей SPS и LHC, — объясняет Аллен Колдуэлл из Института физики общества имени Макса Планка в Мюнхене, представитель эксперимента AWAKE. — Таким образом можно обеспечить гораздо более продолжительные стадии ускорения». Следующим шагом для AWAKE будет введение ведомого пучка электронов, который и будет ускоряться, если его внедрить в нужной фазе. «Наблюдение признаков самомодуляции протонного пучка спустя всего несколько дней испытаний является отличным достижением. Это возможно благодаря работе мотивированной и преданной команды», — говорит Эдда Гшвендтнер, технический координатор AWAKE.

Плазменное ускорение является потенциальной альтернативой традиционным способам, основанным на радиочастотных электромагнитных резонаторах. Однако исследователям предстоит преодолеть еще много трудностей на пути создания мощных и компактных ускорителей по приемлемой цене. Поле, создаваемое кильватерной волной, вызванной протонами, может быть до двух порядков выше, чем генерируемое в современных ускорительных установках.