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    Los científicos logran la primera aceleración de electrones en ondas de plasma

    SeongYeol Kim en el Ph.D. programa en Física en UNIST. Actualmente está involucrado en la colaboración AWAKE en el CERN. Crédito:Moses Chung

    El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) cerca de Ginebra, Se dice que Suiza es el acelerador de partículas más grande del mundo. El acelerador ocupa un túnel de 27 kilómetros de circunferencia con una profundidad de 175 metros por debajo de la frontera franco-suiza. La instalación ha ayudado a los científicos a descubrir el bosón de Higgs, la última partícula predicha por el modelo estándar, en 2012.

    Tras el descubrimiento de Higgs, Un objetivo científico principal de los físicos de altas energías ha sido caracterizar sus propiedades y descubrir otros fenómenos de la física de altas energías. Como resultado, Ha habido avances rápidos en tecnologías de aceleradores de partículas de alta energía para apoyar la investigación de la física de alta energía. Sin embargo, las tecnologías utilizadas hasta la fecha solo pueden mejorarse y expandirse con un gran gasto. Por esta razón, Se necesita urgentemente hacer que los aceleradores de alta energía sean más asequibles.

    Un equipo internacional de físicos, trabajando en el Experimento avanzado de aceleración de Wakefield de plasma impulsado por protones (AWAKE) en el CERN, informaron que han realizado un experimento innovador que demuestra una nueva forma de acelerar electrones a altas energías, una que podría reducir drásticamente el tamaño de los futuros aceleradores de partículas y reducir sus costos. Un artículo que describe este importante resultado se publicó en Naturaleza el 29 de agosto 2018.

    AWAKE es una colaboración científica internacional formada por ingenieros y científicos de 18 institutos, incluido el CERN y el Instituto Max Planck de Física en Alemania. Un grupo de investigación con base en UNIST, dirigido por el profesor Moses Chung en el Departamento de Física también es parte de esta colaboración de AWAKE e hizo una serie de contribuciones importantes a AWAKE. Esto incluye el diseño de líneas de luz y la optimización de la inyección del haz de electrones.

    "La tecnología de AWAKE provocará un cambio de paradigma en el desarrollo de futuros aceleradores de partículas de alta energía, siguiendo LHC, ", dice el profesor Chung." El último logro podría permitir a los ingenieros reducir drásticamente el tamaño de los futuros aceleradores de partículas, recortando las grandes cantidades de dinero que normalmente se requieren para construirlas ". "Las colisiones de partículas de alta energía que producen estas instalaciones permiten a los físicos investigar las leyes fundamentales de la naturaleza, proporcionando la base para los avances en una gran variedad de campos diferentes ".

    Típicamente, Los experimentos de física de partículas utilizan campos eléctricos oscilantes, llamadas cavidades de radiofrecuencia, e imanes de alta potencia para acelerar partículas a altas energías. Pero estos experimentos deben crecer bastante, tienen que ser, con el fin de acelerar partículas con suficiente energía para estudiarlas adecuadamente.

    Como una opción alternativa de reducción de costos para acelerar las partículas de manera más eficiente, Se ha sugerido el acelerador de wakefield. Los físicos envían un haz de electrones, protones, o un láser a través de un plasma. Los electrones libres en el plasma se mueven hacia el haz, pero sobrepasarlo, luego vuelve a estrellarte, creando una estructura de burbujas detrás del haz y campos eléctricos intensos. Si inyecta partículas, como más electrones, en el velatorio, puede acelerar las partículas inyectadas en un período de tiempo más corto con un campo eléctrico 10 o más veces más fuerte.

    En el estudio, Se ha demostrado por primera vez la aceleración de wakefield de plasma impulsada por protones. Los fuertes campos eléctricos, generado por una serie de microbunches de protones, fueron muestreados con un montón de electrones. Estos electrones se aceleraron hasta 2 GeV en aproximadamente 10 m de plasma y se midieron usando un espectrómetro magnético. Esta técnica tiene el potencial de acelerar electrones a la escala TeV en una sola etapa de aceleración.

    Aunque todavía se encuentra en las primeras etapas de su programa, la colaboración AWAKE ha dado un paso importante en el camino hacia la realización de nuevos experimentos de física de partículas de alta energía.

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