В Европейском центре ядерных исследований впервые подтвердили новый метод ускорения частиц

Группе ученых из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН), в которой были и российские специалисты, впервые удалось подтвердить новый метод ускорения частиц с помощью волны, создаваемой сгустком протонов в плазме, что позволит уменьшить размеры будущих научных установок, говорится в сообщении Института ядерной физики им. Будкера Сибирского отделения РАН (ИЯФ).

фото: elementy.ru

Уникальные научные результаты получила коллаборация (объединение) Advanced proton-driven plasma WaKefield Acceleration Experiment (AWAKE) ЦЕРН, в составе которой работали специалисты из 10 стран мира, в том числе и ученые ИЯФ, создавшие теоретическую модель и показавшие возможность успешного применения метода протонного ускорения.

"Команда ИЯФ СО РАН отвечала за моделирование физических процессов в эксперименте. 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", - приводятся в сообщении слова руководителя проекта AWAKE Эдды Гшвентер.

Способы ускорения частиц

Традиционный способ ускорения частиц до высоких энергий предполагает использование высокочастотных (ВЧ) резонаторов, проходя через которые, пучки ускоряются под действием электромагнитного поля.

В 2013 году в ЦЕРН началась работа над проектом AWAKE. Его основной задачей стало экспериментальное подтверждение возможность использования альтернативного метода, при котором частицы летят сквозь плазму и ускоряются под действием волн, возникающих в ней.

Сила, с которой ускоритель разгоняет частицы, называется темпом ускорения и измеряется в мегаэлектронвольтах на метр (МэВ/м). Чем больше темп ускорения, тем короче требуется ускоритель. Самый большой линейный коллайдер SLC, в котором для ускорения частиц использовались ВЧ-резонаторы, имел номинальный темп ускорения 17 МэВ/м. Он работал в Стэнфорде с 1989 по 1998 год.

В ходе проведенных учеными AWAKE экспериментов, для которых использовался синхротрон SPS - один из ускорителей, обеспечивающих протонами Большой адронный коллайдер, электроны с начальной энергией 19 мегаэлектронвольт пролетели в плазме 10 метров и увеличили свою энергию более чем в 100 раз - до 2 гигаэлектронвольт.

• Эксперты признали неудовлетворительной безопасность ядерной лаборатории США в Лос-Аламосе

Теоретический координатор проекта AWAKE, главный научный сотрудник ИЯФ Константин Лотов отмечает, что новая технология позволит при существующих размерах ускорителей примерно в 100 раз увеличить энергию электронных и позитронных пучков, доступных в эксперименте. Также эта технология позволяет уменьшить размеры будущих исследовательских установок, а значит и сократить затраты на их строительство.

Ожидаемые открытия

По словам Гшвентер, следующим шагом в проекте AWAKE будет работа над качеством пучка и над возможными физическими приложениями использования этого метода. "В этом нам также понадобятся работы Института им. 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", - сказала она.