Το πείραμα AWAKE επιτυγχάνει την πρώτη επιτάχυνση ηλεκτρονίων μέσω κύματος πλάσματος οδηγούμενου από δέσμη πρωτονίων

Σε µια εργασία που δημοσιεύθηκε σήµερα στο περιοδικό Nature, το πείραµα AWAKE που πραγµατοποιείται στο CERN ανακοινώνει την πρώτη επιτυχή επιτάχυνση ηλεκτρονίων χρησιµοποιώντας ένα κύµα που παράγεται από πρωτόνια που µεταφέρονται µέσω πλάσµατος. Η επιτάχυνση που επιτυγχάνεται σε µια δεδοµένη απόσταση είναι ήδη αρκετές φορές υψηλότερη από αυτή των συµβατικών τεχνολογιών που χρησιµοποιούνται επί του παρόντος στους επιταχυντές σωµατιδίων. Η χρήση των κυµάτων πλάσµατος (των λεγόµενων wakefields) για πρώτη φορά προτάθηκε στη δεκαετία του 1970, µια τεχνολογία που θα µπορούσε να µειώσει δραστικά το µέγεθος των επιταχυντών στις επόµενες δεκαετίες.

Το AWAKE , ακρωνύµιο που προέρχεται από το Advanced WAKEfield Experiment, είναι 1 ένα πιλοτικό πρόγραµµα συµπαγούς επιταχυντή ηλεκτρονίων σε πολύ υψηλές ενέργειες και µικρές αποστάσεις. Η επιτάχυνση των σωµατιδίων σε µεγαλύτερες ενέργειες και µικρότερες αποστάσεις είναι ζωτικής σηµασίας για την επίτευξη συγκρούσεων υψηλών ενεργειών τις οποίες χρησιµοποιούν οι φυσικοί για την ανίχνευση των θεµελιωδών νόµων της φύσης, και θα µπορούσε επίσης να αποδειχθεί σηµαντική για ένα ευρύ φάσµα βιοµηχανικών και ιατρικών εφαρµογών. Το πλάσµα είναι µια ειδική κατάσταση της ύλης που µπορεί να προκληθεί µε τον ιονισµό ενός αερίου – δηλαδή την αποβολή ηλεκτρονίων από τα άτοµα ή τα µόρια του αερίου. Στο πείραµα AWAKE, ρουβίδιο θερµαίνεται για να µετατραπεί σε αέριο το οποίο στη συνέχεια ιονίζεται µέσω δέσµης λέιζερ. Μια δέσµη πρωτονίων, που ονοµάζεται δέσµη οδηγός (drive beam), εγχέεται µαζί µε τον παλµό λέιζερ και προκαλεί την ταλάντωση του πλάσµατος σε ένα κυµατοειδές µοτίβο, κατ’αναλογία µε την κίνηση ενός πλοίου στο νερό που δηµιουργεί ταλαντώσεις στο πέρασµά του. Το AWAKE παίρνει τα πρωτόνια οδηγούς ενέργειας 400 GeV (δισεκατοµµυρίων ηλεκτρονιοβόλτ) από τον επιταχυντή του CERN Super Proton Synchrotron (SPS) , τον τελευταίο επιταχυντή στην αλυσίδα παραγωγής πρωτονίων του 2 3 LHC. Μια δέσµη ηλεκτρονίων, που ονοµάζεται δέσµη µάρτυρας (witness beam), εγχέεται σε µικρή γωνία στο ταλαντευόµενο πλάσµα και επιταχύνεται µε επιφανειακά (surfing) κύµατα πλάσµατος.

Στις 26 Μαΐου, το πείραµα AWAKE επιτάχυνε µε επιτυχία τα ηλεκτρόνια µάρτυρες για πρώτη φορά. Τα ηλεκτρόνια που εγχύθηκαν στο AWAKE µε σχετικά χαµηλή ενέργεια της τάξης των 19 MeV (εκατοµµυρίων ηλεκτρονιοβόλτ), “ίππευσαν” το κύµα πλάσµατος επιταχυνόµενα κατά 100 φορές περίπου ως την ενέργεια των 2 GeV (δισεκατοµµυρίων ηλεκτρονιοβόλτ) σε µήκος µόλις 10 µέτρων. Ενώ τα προηγούµενα πειράµατα επιτάχυνσης wakefield έχουν βασιστεί στη χρήση ηλεκτρονίων ή λέιζερ, το AWAKE είναι το πρώτο πείραµα που χρησιµοποιεί πρωτόνια. “Οι δέσµες οδηγοί των πρωτονίων διεισδύουν βαθύτερα στο πλάσµα από ό,τι οι δέσµες οδηγοί ηλεκτρονίων και λέιζερ”, δήλωσε ο Allen Caldwell, εκπρόσωπος του πειράµατος AWAKE. “Εποµένως, οι επιταχυντές wakefield που βασίζονται σε πρωτόνια για τις δέσµες οδηγούς τους µπορούν να επιταχύνουν ηλεκτρόνια σε µεγαλύτερη απόσταση επιτυγχάνοντας υψηλότερες ενέργειες”  “Επιτυγχάνοντας την επιτάχυνση ηλεκτρονίων σε 2 GeV σε µόλις 10 µέτρα, το AWAKE έχει αποδείξει ότι µπορεί να επιτύχει ένα µέσο ρυθµό επιτάχυνσης 200 MV/m (εκατοµµύρια βολτ ανά µέτρο)”, λέει η τεχνική συντονίστρια και υπεύθυνη έργου του CERN για το πείραµα AWAKE, Edda Gschwendtner. Σε σύγκριση, οι προηγµένες συµβατικές τεχνολογίες που προορίζονται για την επόµενη γενιά επιταχυντών ηλεκτρονίων υπόσχονται ρυθµούς της τάξης των 30-100 MV/m. Αυτές αντιπροσωπεύουν την σηµερινή τεχνολογία αιχµής στους επιταχυντές σωµατιδίων κατά µήκος της συνολικής απόστασης στην οποία µπορεί να διατηρηθεί η επιτάχυνση, αφενός, και την ένταση και ποιότητα των επιταχυνόµενων δεσµών, αφετέρου – αυτοί είναι οι δύο σηµαντικοί παράγοντες που απαιτούνται για τα πειράµατα φυσικής υψηλών ενεργειών. Τα επόµενα βήµατα του AWAKE, που αποσκοπεί στην επίτευξη περίπου 1000 MV/m, θα περιλαµβάνουν την αντιµετώπιση αυτών των πρόσθετων απαιτήσεων.

Το πείραµα AWAKE έχει σηµειώσει ταχεία πρόοδο από την έναρξή του. Η κυψέλη πλάσµατος εγκαταστάθηκε στις αρχές του 2016 . Λίγους µήνες αργότερα, οι πρώτες 4 δέσµες οδηγοί πρωτονίων εγχύθηκαν στην κυψέλη πλάσµατος για να τεθεί σε λειτουργία πειραµατική συσκευή και στα τέλη του 2016 παρατηρήθηκε για πρώτη φορά η δηµιουργία wakefield οδηγούµενου από δέσµη πρωτονίων.

Περισσότερες πληροφορίες

Εικόνες:

https://cds.cern.ch/yourbaskets/display_public?bskid=23701

Videos:

Animation (2018) https://cernbox.cern.ch/index.php/s/FAAtA1eJ0GRnu9z
Συνέντευξη Edda Gschwendtner (2018) https://cernbox.cern.ch/index.php/s/Aas6YOPcJsi9dNE
AWAKE video 360 (2018) https://videos.cern.ch/record/2320751
AWAKE beam commissioning (2016) https://videos.cern.ch/record/2161762
AWAKE’s plasma cell arrive (2016) https://videos.cern.ch/record/2131863
Surfing wakefields to create smaller accelerators | Edda Gschwendtner | TEDxCERN https://
www.youtube.com/watch?v=5Ryp6UTCeUo

CERN Press Office
press.office@cern.ch
+41 22 767 34 32
+41 22 767 21 41
press.web.cern.ch

Το CERN (European Organization for Nuclear Research) είναι ένας από τους σηµαντικότερους παγκοσµίως
ερευνητικούς οργανισµούς φυσικής σωµατιδίων, που βρίσκεται στα Γαλλο-Ελβετικά σύνορα µε κεντρικές
εγκαταστάσεις στη Γενεύη. Οι χώρες µέλη του CERN είναι: Αυστρία, Βέλγιο, Βουλγαρία, Γαλλία, Γερµανία,
Δανία, Ελβετία, Ελλάδα, Ηνωµένο Βασίλειο, Ισπανία, Ισραήλ, Ιταλία, Κάτω Χώρες, Νορβηγία, Ουγγαρία,
Πολωνία, Πορτογαλία, Ρουµανία, Σλοβακία, Σουηδία, Τσεχική Δηµοκρατία και Φινλανδία. Οι Κύπρος, Σερβία
και η Σλοβενία είναι συνδεδεµένα µέλη (στο προπαρασκευαστικό στάδιο συµµετοχής ως πλήρη µέλη). Οι
Ινδία, Λιθουανία, Ουκρανία, Πακιστάν και Τουρκία είναι συνδεδεµένα µέλη. Οι Ευρωπαϊκή Ένωση, ΗΠΑ,
Ιαπωνία, JINR, Ρωσία και UNESCO συµµετέχουν ως παρατηρητές.

Μετάφραση: Ελένη Χατζηχρήστου
European Particle Physics Communication Network (EPPCN)
elthchatz@gmail.com | @elthchatz
+30 69 72 23 56 81
+33 (0) 77 98 60 719
http://www.apc.univ-paris7.fr/APC_CS/en/users/eleni

By |2018-09-03T14:34:57+00:00September 3rd, 2018|Air & Space News|0 Comments

Leave A Comment