Un tren de pequeños racimos de protones viaja a través del campo de plasma, formando una onda en la que se pueden acelerar los electrones. Crédito:DESPIERTO
El futuro de la aceleración de partículas ha comenzado. Awake es un concepto prometedor para un método completamente nuevo con el que las partículas se pueden acelerar incluso en distancias cortas. La base de esto es una onda de plasma que acelera los electrones y, por lo tanto, los lleva a energías elevadas. Un equipo dirigido por el Instituto Max Planck de Física ahora informa un gran avance en este contexto. Por primera vez, pudieron cronometrar con precisión la producción de los microbunches de protones que impulsan la onda en el plasma. Esto cumple un requisito previo importante para utilizar la tecnología Awake para experimentos de colisión.
¿Cómo se crea una onda de electrones? La sustancia portadora para esto es un plasma (es decir, un gas ionizado en el que se separan las cargas positivas y negativas). Dirigir un haz de protones a través del plasma crea una onda en la que viajan los electrones y se aceleran a altas energías.
La fuente de protones de Awake es el anillo SPS en Cern, un preacelerador para el anillo de circunferencia de 27 kilómetros del Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Produce racimos de protones de unos 10 cm de largo. "Sin embargo, para generar una onda de plasma de gran amplitud, la longitud del grupo de protones debe ser mucho más corta, en el rango milimétrico, "explica Fabian Batsch, Doctor. estudiante del Instituto Max Planck de Física.
Los científicos aprovechan la automodulación, una interacción "natural" entre el racimo y el plasma. "En el proceso, el grupo de protones más largo se divide en microhechos de protones de alta energía de solo unos pocos milímetros de longitud, construyendo la viga del tren, "dice Batsch." Este proceso forma una onda de plasma, que se propaga con el tren que viaja a través del campo de plasma ".
Montaje del experimento Awake en el centro de investigación Cern. Crédito:M. Brice / CERN
La sincronización precisa permite una aceleración de electrones ideal
Sin embargo, Se requiere un campo estable y reproducible para acelerar los electrones y hacerlos colisionar. Esto es exactamente para lo que el equipo ha encontrado una solución por ahora. "Si se aplica un campo eléctrico suficientemente grande cuando se inyecta el grupo de protones largo y la auto-modulación se pone inmediatamente en movimiento".
"Dado que el plasma se forma de inmediato, podemos cronometrar exactamente la fase de los microbunches de protones cortos, "dice Patric Muggli, jefe del grupo de trabajo Awake en el Instituto Max Planck de Física. "Esto nos permite marcar el ritmo del tren. Así, los electrones son capturados y acelerados por la onda en el momento ideal ".
Primeros proyectos de investigación a la vista
La tecnología Awake aún se encuentra en las primeras etapas de desarrollo. Sin embargo, con cada paso hacia el éxito, aumentan las posibilidades de que esta tecnología de aceleración se utilice realmente en las próximas décadas. Las primeras propuestas para proyectos de aceleración más pequeños (por ejemplo, por ejemplo, para estudiar la estructura fina de los protones) se fabricarán a partir de 2024.
Según Muggli, las ventajas de la nueva tecnología de aceleración, la aceleración de campo de despertador de plasma, son obvias:"Con esta tecnología, podemos reducir la distancia necesaria para acelerar los electrones hasta el pico de energía en un factor de 20. Por tanto, los aceleradores del futuro podrían ser mucho más pequeños. Esto significa:menos espacio, Menos esfuerzo, y por lo tanto menores costos ".
