L’ÉVEILLÉ expérience au CERN à Genève, en Suisse.Photo: CERN
Expériences de physique des particules sont énormes—ils être, afin d’accélérer les particules, avec assez d’énergie pour bien étudier. Le Grand Collisionneur de Hadrons en Suisse est de près de 17 km, tandis que d’autres sont plus proches de la 2-mile de la plage. Mais les scientifiques qui travaillent sur une nouvelle expérience, a rapporté mercredi qu’ils ont électrons accélérés à des énergies élevées à 33 pieds.
L’Avancée de Protons Piloté par Plasma Wakefield Accélération Expérience (ÉVEILLÉ) au CERN, à Genève, est un prototype d’un nouveau type de machine qui pourrait accélérer les électrons sur une fraction de la distance nécessaire par d’autres accélérateurs. ÉVEILLÉ repose toujours sur les protons créé au CERN de grands anneaux, mais “wakefield” accélérateurs comme ceux-ci pourraient devenir un jeu-l’évolution de la technologie pour l’avenir de la physique des particules.
“Ce que je pense est excitant à propos de wakefield accélération est la possibilité de développer un avenir où les accélérateurs seront beaucoup plus courtes avec beaucoup de réduire les coûts,” Matthieu Aile, professeur de physique à l’Université College de Londres au Royaume-Uni, a déclaré à Gizmodo.
Généralement, les expériences de physique des particules utilisation de champs électriques oscillants, appelé cavités radiofréquence, et puissants aimants pour accélérer des particules à des énergies élevées. Mais ces expériences doivent se développer assez grand si les scientifiques espèrent produire de la plus haute énergie de particules.
Un candidat prometteur pour accélérer les particules de façon plus efficace est le wakefield accélérateur. Les physiciens envoyer un faisceau de soit des électrons, des protons, ou d’un laser par l’intermédiaire d’un plasma. Des électrons libres dans le plasma se déplacer vers le faisceau, mais le dépassement, puis viennent s’écraser contre, la création d’une bulle de la structure arrière de la poutre et des champs électriques intenses. Si vous injecter des particules, à l’instar de plusieurs électrons, dans la foulée, il peut accélérer les particules injectées dans un court laps de temps avec un champ électrique plus de 10 fois plus fort.
Aile et ses collègues ont annoncé que pour la première fois, à l’aide d’un faisceau de protons du CERN à 4,3 km de la ronde Super Synchrotron à Protons (SPS), ils ont réussi à créer un faisceau d’électrons avec 2 giga-électrons-volts (GeV) de l’énergie en seulement 10 mètres, ou 33 pieds, de plasma, d’après l’article publié dans Nature. Et ils pensent qu’ils pourraient à l’échelle de l’appareil pour faire un puissant accélérateur d’une fraction de la taille de l’actuelle accélérateurs d’électrons.
“Nous pourrions éventuellement d’obtenir un faisceau d’électrons pour le tera-électron-volt grande échelle sur une distance relativement courte—ce qui est presque impossible avec les [autres] accélérateurs”, a déclaré l’Aile. Qui est mille fois plus d’énergie que de l’ÉVEIL des électrons actuellement.
Pour référence, un électron-volt est la quantité d’énergie à un électron gains en se déplaçant à travers un seul volt de potentiel électrique. Un tube à rayons cathodiques dans un vieux téléviseur pourrait accélérer les électrons à 20 000 d’électrons-volts, ou de 20 keV. Deux très puissants accélérateurs d’électrons dans les états-UNIS peuvent accélérer les électrons à 6 milliards et 50 milliards d’électron-volts (6 à 50 GeV), mais sont d’environ un mile de long ou plus. ÉVEILLÉ a pu accélérer les électrons à 2 GeV en seulement 33 pieds de plasma. Selon Aile simulations, ÉVEILLÉ pourrait bientôt être en mesure d’accélérer des électrons de 50 GeV, en 245 pieds de plasma.
Alors que le plasma champ n’est que de 33 pieds de long, il nécessite encore un 4.3 km de la ronde de l’accélérateur SPS créer le proton faisceau. Mais les scientifiques n’avez pas besoin d’utiliser des protons pour accélérer les électrons. Ils peuvent également utiliser des impulsions laser, et les physiciens ont utilisé le bâtiment de la taille d’Berkeley Lab Laser Accélérateur de créer GeV d’énergie des électrons avec des impulsions laser.
Le CERN peut un jour être en mesure de construire une taille raisonnable, mais incroyablement puissant accélérateur d’électrons alimenté par des faisceaux de protons, soit depuis le LHC ou le SPS. Les électrons, qui sont plus petites et plus simple que de protons, de faire une sonde utile pour apprendre plus au sujet des structures complexes comme les noyaux atomiques.
Marque Hogan, un physicien travaillant sur l’accélérateur de la science au SLAC National Accelerator Laboratory en Californie, qui ne sont pas impliquées dans l’étude, a exprimé son enthousiasme à la de nouveaux résultats. C’était, après tout, le succès de la première wakefield accélération à l’aide de protons pour créer la suite. Mais il a expliqué qu’il y a beaucoup plus de travail pour ÉVEILLÉ sur l’horizon, y compris l’augmentation de l’énergie et le nombre d’électrons accélérés, en insistant sur les faisceaux d’électrons. Il a également mentionné que ce ne serait pas remplacer les collisionneurs linéaires telles que le projet de Collisionneur Linéaire International, mais serait une technologie complémentaire.
Cinq à 10 ans à partir de maintenant, Hogan dit, nous pouvons commencer à voir les premières expériences de physique en s’appuyant sur wakefield technologie, peut-être vacillant, les électrons accélérés pour produire de haute puissance des faisceaux laser qui serait utile biologiques ou des études de physique.
Le CERN va bientôt arrêter pendant quelques années pour une mise à niveau, permettant d’ÉVEIL à la mise à niveau. L’aile a des objectifs plus élevés. “Je pense que nous pourrons bientôt atteindre le plus haut-l’énergie du faisceau d’électrons autour de lui.”
[La Nature]