Awake下一代加速粒子实验让质子束进入同步状态

2021年05月09日 11:52 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,粒子加速的未来已经开始。对于一种全新的方法,Awake是一个很有发展前景的概念,它可以让粒子在很短的距离内加速。这种现象的基础是等离子体波,它可以加速电子从而使它们达到高能量。一个由马克斯·普朗克物理研究所领导的团队现在报告了这方面的突破。

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这是他们首次能够精确地计算出驱动等离子体中的波的质子微束产生的时间。这满足了使用Awake技术进行碰撞实验的一个重要前提条件。

那么如何为电子创造出波呢?它的载体物质是等离子体(即正负电荷分离的电离气体)。引导质子束穿过等离子体产生一种波,电子在波上行驶并被加速到高能。

Awake的质子源是欧洲核子研究中心(CERN)的SPS环,这是大型强子对撞机(LHC)周长27公里环的预加速器。它能产生约10厘米长的质子束。“然而,为了产生一个大振幅的等离子体波,质子束的长度必须要短得多--控制在毫米范围内,”马克斯·普朗克物理研究所的博士生Fabian Batsch指出。

为此,科学家们利用了自我调制--一种束和等离子体之间的“自然”相互作用。Batsch表示:“在这个过程中,较长的质子束被分裂成只有几毫米长的高能质子微束从而形成了队列束。这一过程形成了等离子体波,随着火车通过等离子体场而传播。”

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然而加速电子并使它们碰撞则需要一个稳定和可重复的场--这正是该团队目前找到的解决方案。“当长质子束被注入时,如果一个足够大的电场被应用,那么自我调制就能因此立即启动。由于等离子体马上形成了,我们可以精确地计算短质子微束的相位,”马克斯·普朗克物理研究所Awake工作组的负责人Patric Muggli说道,“这让我们可以设定队列的速度。因此,电子在理想时刻被波捕获并加速。”

算Awake技术仍处于开发的早期阶段,但随着向成功迈出的每一步,这种加速器技术在未来几十年被实际使用的机会在增加。据悉。关于小型加速器项目的首套提案将最早于2024年提出。

根据Muggli的说法,新型加速器技术--等离子体尾流场加速--的优势是显而易见的:“有了这项技术,我们可以将加速电子达到峰值能量所需的距离缩短20倍。因此,未来的加速器可能会小得多。这意味着:更少的空间、更少的工作并由此带来更低的成本。”

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