Výzkumníkům v CERNu se podařilo dosáhnout prvního urychlení elektronů v plazmové vlně

03. 09. 2018

Částicová fyzika LHC CERN

Kolaboraci vědců AWAKE se podařilo poprvé urychlit elektrony s pomocí vlnového pole generovaného protony procházejícími plazmatem. Jde o první výsledky zcela nového přístupu k urychlování částic ve vědeckých experimentech. Tento přístup by mohl v budoucnu nahradit dosavadní postupy aplikované v dnešních nejsilnějších urychlovačích. Výsledky experimentu byly publikovány v srpnovém čísle magazínu Nature.

AWAKE (Advanced WAKEfield Experiment) je projekt, který má prokázat použitelnost nového postupu v urychlování elektronů na vysoké rychlosti (a energie). Byl schválen laboratoří CERN v roce 2013, vychází však z konceptu, se kterým vědci přišli už v roce 1979.

Dnešní urychlovače částic jako je LHC používají supravodivé dutiny, které střídají pozitivně a negativně nabité zóny, které odpuzováním a přitažlivostí urychlují částice, jež dutinami prochází. Nový přístup urychluje částice tím, že se vezou na vlně podobně jako surfař. 

Experiment AWAKE využívá protony generované v SPS (Super Proton Synchrotron), který je dodává také LHC. Tyto protony jsou vyslány do oblaku rubidia, které je laserem přeměněno v plazma, což uvolňuje elektrony z atomů. Pozitivně nabité rychlé protony následně s sebou strhávají negativně nabité elektrony do vln putujících napříč plazmatem.

To, jak urychlovač skutečně zrychluje částice, je udáváno ve voltech na metr, používá se hlavně jednotka MV/m (megavolt na metr). LHC dokáže urychlit částice silou 5,5 MV/m, vzhledem k tomu, že jeho tunely jsou v kruhu a částice jsou při každém průchodu urychlovány více a více, lze s LHC dosáhnout rychlostí blízkých rychlosti světla. Některé urychlovače jsou však lineární a u takových je potřeba mít silnější urychlení, jinak by musely být stovky kilometrů dlouhé. 

AWAKE dokázal v letošním experimentu urychlit částice silou 200 MV/m a vědci by jej chtěli dostat až na 1 000 MV/m (1 GV/m). To by mohlo vést k výrazně menším a levnějším urychlovačům v budoucnosti.