Ученые впервые разогнали электроны плазменной волной
Фото: SLAC National Accelerator Laboratory
элементарные частицы

Ученые впервые разогнали электроны плазменной волной

Физикам ЦЕРН удалось ускорить электроны в кильватере протонов, движущихся сквозь плазму. Такой подход открывает дорогу к созданию компактных и относительно дешевых ускорителей частиц.

Сейчас, чтобы построить собственный серьезный ускоритель частиц, вам придется выкопать туннель длиной около 27 км и потратить на его оборудование $5 млрд. Таков Большой адронный коллайдер — самая большая «лаборатория» современности. Однако для повторения эксперимента по так называемому кильватерному ускорению электронов нужно всего 10 метров пространства, пишет ScienceAlert.

Команда ЦЕРН работала над проектом AWAKE в течение пяти лет, чтобы добиться этих результатов. Хотя до окончания эксперимента пока далеко, результаты указывают на значительный прогресс в создании будущих высокоэнергетических ускорителей частиц.

В БАК и подобных ускорителях осциллирующие электрические поля создают две противоположно заряженные зоны, возбуждающий частицы до высокоэнергетического уровня. Эти частницы можно разбивать на части и изучать на субатомном уровне — но чтобы их разогнать и столкнуть, требуется огромный туннель.

Отличие нового метода в том, что драйвер протонов в раскаленной плазме ведет себя как лодка на волнах, расталкивая электроны, но почти не затрагивая ионы.

Если вслед за ним пустить сгусток электронов, то они «оседлают волну» и станут быстро набирать скорость. Эту идею ученые пытаются воплотить с 70-х, но впервые в эксперименте были успешно использованы протоны, а не лазеры или электроны.

Разогнав драйвер протонов в кольцевом протонном суперсинхротроне, ученые добились темпа ускорения электронов до 2 ГэВ, или среднего градиента в 200 МВ/м. Это намного меньше, чем в существующих электронных ускорителях, которые дают до 6 ГэВ. И несравнимо меньше, чем может выдать БАК: нынешний рекорд — 13 000 ГэВ. Но для достижения таких результатов требуется большее расстояние.

Ученые рассчитывают в дальнейшем сократить требуемую дистанцию и добиться градиента ускорения в 1 ГВ/м. На это может уйти от пяти до десяти лет, но мы на верном пути, говорит Эдда Гшвендтнер, технический координатор проекта AWAKE.  

Уменьшить размер Большого адронного коллайдера пытаются и специалисты американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC. Они начали сборку новой установки для разгона заряженных частиц — FACET-II. Она должна обеспечить эффективность БАК при размерах в 100–1000 раз меньше.