67.08
76.95
16 января 2019

Физики успешно испытали новый способ ускорения частиц

Технологии 30.08.2018
Физики успешно испытали новый способ ускорения частиц
Чем более фундаментальные свойства материи мы хотим исследовать, тем сильнее нам придется разгонять частицы в ускорителе. Традиционно для этого используют сверхмощные электромагнитные поля и для повышения производительности просто увеличивают дистанцию, на которой происходит ускорение. Самый большой линейный ускоритель, до недавнего времени работавший в стэнфордской лаборатории SLAC, при длине 3,2 километра обеспечивал ускорение электронов до энергий в 50 ГэВ (миллиардов электронвольт — особой меры энергии элементарных частиц, при постоянной массе частицы она указывает на ее скорость).
Альтернативная технология «плазменной волны» обещает сократить размеры ускорителей и увеличить энергии частиц на порядки. Для этого в облако плазмы — горячего ионизированного газа — подается мощный «драйверный пучок», который при движении в ней создает расходящуюся волну: на ней, как серфингисты на волне океанской, может разгоняться «вторичный пучок» электронов. К сожалению, лазерный импульс или драйвер из электронов несет недостаточно энергии, и в плазме они быстро рассеиваются. Однако ученым удалось использовать пучок тяжелых протонов, способный создавать волну, которую оценили бы и серфингисты.
Расчеты поведения пучка протонов в плазме проводила группа Константина Лотова из Новосибирского института ядерной физики СО РАН, всего же в экспериментах на базе Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) приняли участие ученые из десятка стран. Коллаборация AWAKE (Advanced Proton-Driven Plasma WaKefield Acceleration Experiment) начала работу пять лет назад и представила результаты в свежем номере журнала Nature.
В опытах использовался пучок протонов, разогнанных Протонным суперсинхротроном (SPS) ЦЕРН до 400 ГэВ. Он подавался в экспериментальную установку, заполненную нагретым и ионизированным с помощью лазера рубидиевым газом, создавая в этой плазме волны: ученые сравнивают их с волнами, которые оставляет за собой корабль на воде. Затем в нее вводился «кильватерный» пучок электронов с энергией всего 0,019 ГэВ. Однако на выходе из системы она подскочила на два порядка — почти до 2 ГэВ.
Стоит заметить, что это происходило на дистанции всего 10 метров: иначе говоря, ускорение с помощью «плазменной волны» достигало 0,2 ГэВ/м. Для сравнения, в том же линейном SLAC ускорение составляло лишь 0,017 ГэВ/м, а ускорители нового поколения, работающие на традиционных электромагнитах, как ожидается, могут достичь 0,1 ГэВ/м. В то же время участники проекта AWAKE нацелены на куда более амбициозную цифру — 1 ГэВ/м, — которая, возможно, позволит увидеть действительно фундаментальные свойства нашего мира.
Последние новости