В ЦЕРН экспериментально подтвердили новый метод ускорения частиц
В ЦЕРН экспериментально подтвердили новый метод ускорения частиц
Коллаборации AWAKE в Европейском центре ядерных исследований впервые удалось ускорить электроны с помощью волны, создаваемой сгустком протонов в плазме. Электроны с начальной энергией 19 МэВ пролетели в плазме 10 метров и увеличили энергию более чем в 100 раз – до 2 ГэВ. Новый способ позволит уменьшить размеры, а значит и затраты на строительство будущих установок.
В разработке принимали участие специалисты из 10 стран мира, в том числе и ученые Института ядерной физики имени Будкера, которые создали теоретическую модель и показали возможность успешного применения метода протонного ускорения. Результаты опубликованы в журнале Nature.
Традиционный способ ускорения частиц до высоких энергий предполагает использование высокочастотных резонаторов, проходя через которые пучки ускоряются под действием электромагнитного поля. В 2013 году в ЦЕРН началась работа над проектом AWAKE (полное название – «Advanced proton-driven plasma WaKefield Acceleration Experiment»). Его основная задача – экспериментально подтвердить возможность использования альтернативного метода, при котором частицы летят сквозь плазму и ускоряются под действием волн, возникающих в ней.
– Команда ИЯФ СО РАН отвечала за моделирование физических процессов в эксперименте, – комментирует лидер проекта AWAKE Эдда Гшвентер, – это позволило определить, как нам строить установку, какие у нее будут параметры, какие инженерные особенности. Новосибирцы помогли найти ответы на вопросы о том, как будет себя вести пучок протонов в плазме, как будет происходить процесс самомодуляции. На основе этих расчетов мы и построили установку.
Теоретический координатор проекта AWAKE, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, профессор НГУ, доктор физико-математических наук Константин Лотов отмечает, что идея кильватерного ускорения в плазме возникла еще в 70-х годах.
Это название появилось из-за аналогии со следом на поверхности воды, который остается за кормой идущего судна. Пучок-драйвер, проходя через плазму, создает в ней волну и таким образом разгоняет электроны, летящие следом. Раньше в качестве драйвера использовались пучки электронов или мощные лазерные импульсы. Мы же нашли способ использовать протонный пучок, в котором в тысячи раз больше энергии, чем в самых лучших электронных и лазерных драйверах. За протонным драйвером электроны летят в одной длинной плазменной секции – и это довольно простая конструкция. Другие же драйверы надо периодически заменять на «свежие», делать много небольших секций – это гораздо сложнее, поэтому наш вариант ближе к практическому воплощению, – говорит Константин Лотов.
Новая технология позволит при существующих размерах ускорителей примерно в сто раз увеличить энергию электронных и позитронных пучков, доступных в эксперименте.
Следующий шаг в проекте AWAKE, пояснила Эдда Гшвентер, – работа над качеством пучка и над возможными физическими приложениями использования этого метода.
– В этом нам также понадобятся работы Института имени Будкера, так как у нас очень много вопросов. Как много мы сможем ускорить частиц? Какой длины должна быть плазменная ячейка? Сколько должно быть таких ячеек? Каким должен быть между ними зазор? Это важно, во-первых, для обоснования следующего этапа проекта, во-вторых, для прогнозирования успешности будущих экспериментов, – прокомментировала лидер проекта.
Источник: пресс-служба ИЯФ
Добро пожаловать в наши группы в соцсетях ВКонтакте и Facebook. Заходите, смотрите и будьте всегда в курсе самых свежих новостей.
Другие новости на тему
Комментарии