На свете существует технология, которая позволит
ускорять частицы до энергий, в сотни раз превышающей энергию самых мощных
современных ускорителей. И сейчас данная технология уже реализуется в рамках
эксперимента Европейской организации ядерных исследований CERN под названием
AWAKE. Этот эксперимент нацелен на проверку работоспособности плазменного
ускорителя протонов и на прошлой неделе первый ключевой компонент, плазменная
секция, длиной в 10 метров, разработанная и изготовленная специалистами
Института физики Макса Планка, была установлена на выделенном ей месте в одном
из туннелей, предназначенных для проведения экспериментов.
Современные ускорители разгоняют заряженные частицы при
помощи электрических полей. Создаваемые магнитные поля имеют особую
конфигурацию с пиками и провалами в определенных местах, которые "подталкивают"
движущиеся заряженные частицы, увеличивая их скорость и энергию. Получение
большей энергии требует увеличения мощности ускорителя, а это означает, в свою
очередь, простое увеличение габаритных размеров самого ускорителя.
Технология плазменного "кильватерного"
ускорения (рlasma wakefield acceleration) является альтернативной технологией
ускорения частиц. Луч протонов вводится в среду ионизированного газа, плазмы,
и, проходя сквозь нее, привлекает к себе противоположно заряженные электроны,
создавая "волны" электрического заряда, следующие за протонным лучом.
Второй луч, луч электронов, вводится в камеру ускорителя в соответствующей фазе
вслед за лучом протонов. В результате всего этого возникает большая
"волна" электрического заряда, на которой, словно серфингист,
движется и ускоряется луч протонов.
Такая технология ускорения уже не единожды была
опробована в лабораторных условиях. Но ускоритель AWAKE отличается от всех
предыдущих экспериментов тем, что в его камере будет впервые осуществлен разгон
протонов, а не электронов. Этот эксперимент может быть реализован только в
стенах CERN, поскольку для этого требуются высокоэнергетические протоны,
которые производит синхротрон Super Proton Synchrotron (SPS), созданный ранее в
рамках эксперимента CNGS. Причиной, по которой ученые решили разгонять именно протоны,
является то, что протоны можно разогнать до большей энергии, нежели электроны,
луч протонов способен проникнуть в облако плазмы глубже и создать более мощную
"волну", что приведет к ускорению протонов до большей энергии.
Первая фаза сооружения установки эксперимента AWAKE
будет завершена в этом году. Технический персонал произведет установку лазеров,
вакуумного оборудования и дополнительного диагностического оборудования,
которое будет следить за всеми аспектами работы экспериментальной установки. Первые
эксперименты начнутся в конце года, в их ходе будет проверена физика базовых
принципов плазменного ускорения. В следующем году будет произведен монтаж
источника электронов и инжектор, после чего можно будет приступать к первым
попыткам плазменного ускорения сначала электронов, а затем и протонов.
"Нам предстоит преодолеть еще множество проблем
различного плана" - рассказывает Эдда Гшвендтнер (Edda Gschwendtner),
руководитель проекта AWAKE, - "Но если такая технология ускорения
заработает в полную силу, она может обеспечить человечеству яркое будущее. И
это будущее заключается не только в получении массы новых научных знаний,
данная технология позволит создавать настольные ускорители частиц, которые
найдут массу областей практического применения, в том числе и в области
медицины".
