Miembro de la colaboración AWAKE, del Instituto Max Planck, realizando pruebas en el túnel subterráneo del experimento. Crédito:Maximilien Brice / CERN
La colaboración de AWAKE ha alcanzado un hito importante; en la última semana de las operaciones de aceleración del CERN para 2016, ha observado una fuerte modulación de los racimos de protones de alta energía en el plasma, señalando la generación de campos electromagnéticos muy fuertes. Este es un paso significativo hacia el objetivo de utilizar la técnica de campo de actividad de plasma impulsada por protones para acelerar los electrones.
El Experimento Avanzado de Aceleración de Wakefield de Plasma Impulsado por Protones (AWAKE) es la primera instalación que investiga el uso de campos de activación de plasma impulsados por haces de protones para acelerar partículas cargadas.
"El uso de racimos de protones para impulsar wakefields es de particular interés debido a la gran energía transportada por los racimos de protones de los aceleradores CERN SPS y LHC, "dice Patric Muggli, Coordinador de física de AWAKE del CERN y del Instituto Max Planck de Física de Múnich. "Permite etapas de aceleración mucho más largas que con otras técnicas, " señala.
La instalación se puso en marcha con éxito entre junio y noviembre y el experimento obtuvo sus primeros datos en la última semana de operaciones del acelerador en el CERN en 2016.
El experimento AWAKE inyecta un grupo de protones "impulsores" del acelerador SPS del CERN en una columna de plasma creada al ionizar un gas con un láser. Cuando este grupo interactúa con el plasma, se divide en una serie de racimos más pequeños, en un proceso llamado auto-modulación. A medida que estos racimos más cortos se mueven a través del plasma, generan un wakefield fuerte. Es el proceso de auto-modulación que el equipo de AWAKE ha observado señales de, y de donde se puede inferir la creación del wakefield.
Imagen que muestra la simulación de la interacción entre los racimos de protones (puntos rojos) y el campo de despertar del plasma (ondas azules). Crédito:Alexey Petrenko / CERN
El siguiente paso, que AWAKE aún tiene que demostrar, es inyectar un segundo haz de electrones, el rayo de "testigo", en la fase derecha detrás del haz de protones. Este rayo testigo "siente" el campo de estela y se acelera, al igual que un surfista acelera montando una ola.
El uso de plasma para acelerar partículas es una alternativa potencial a los métodos tradicionales de aceleración que se basan en cavidades electromagnéticas de radiofrecuencia. Se sabe desde hace mucho tiempo que los plasmas son capaces de soportar campos eléctricos muy fuertes. El desafío para los investigadores es comprender la mejor manera de aprovechar esta capacidad para crear futuros aceleradores de partículas compactos y potentes a costos razonables. Los campos generados por los campos de despertar de plasma impulsados por haces de protones podrían ser hasta dos órdenes de magnitud más altos que los campos que se pueden lograr utilizando cavidades de radiofrecuencia convencionales.
"Haber observado indicios por primera vez de la automodulación del grupo de protones, después de solo unos días de pruebas es un logro excelente. Depende de un equipo muy motivado y dedicado, "sonríe Edda Gschwendtner, Líder del proyecto CERN AWAKE y coordinador técnico.
"Ahora planeamos estudiar este proceso en detalle en 2017. Esperamos entonces demostrar la aceleración de los electrones a raíz del grupo de protones, "agrega el portavoz de AWAKE, Allen Caldwell, del Instituto Max Planck de Física de Munich.
Este emocionante desarrollo, la culminación de tres años de intensa preparación, abre una nueva era de desarrollo de aceleradores de partículas en el CERN y en todo el mundo.
