AWAKE a reușit accelerarea fasciculelor de electroni în doar 10 metri de lungime până la energia de 2 GeV. Pentru obtinerea acestui rezultat au fost folosite fascicule de protoni la CERN – Geneva.

Obiectivul acestui studiu este studiul unor noi tehnici de accelerare a particulelor care ar putea duce la construirea unor noi acceleratoare pentru studiul Universului dar si pentru a fi folosite in medicina si industrie.

 

La ora actuala cel mai mare accelerator de particule construit vreodata se gaseste la CERN – Geneva: este vorba despre LHC (Large Hadron Collider), care are o circumferinta de circa 27 de km.  LHC accelereaza fascicule de protoni pana la energii de circa 7 TeV (Terra-electronVolt – reprezinta 10 la puterea a 12a electronVolt, electronVoltul fiind energia primta de catre un electron accelerat la o diferenta de potential de 1 V). Experimentele ATLAS si CMS au descoperit in 2012 bosonul Higgs; intre timp multe alte studii importante pentru intelegerea legilor fundamentale ale Universului au fost efectuate la acest accelerator. Totusi, energia fasciculelor de la LHC, pa cat de mare, nu este suficienta pentru verificarea  anumitelor teorii si eventuala descoperire de noi particule. Cercetatorii care lucreaza in domeniul dezvoltarii unor noi tehnici de accelerare au obiectivul de a pune la punct o noua tehnologie care sa reuseasca, pe de o parte, sa produca acceleratoare mai eficiente – adica care sa accelereze la energii mult mai mari pe metru– iar, pe de alta, acceleratoare cu dimensiuni si costuri reduse: asa-numitele table-top accelerators.

Una dintre metodele studiate prevede folosirea plasmei (stare a materiei in care nucleele atomilor sunt separate de electroni: atomii sunt deci ionizati) si a undelor electromagnetice in plasma, care sa genereze campuri electrice deosebit de intense ce pot fi folosite petru accelerarea fasciculelor de partiule.

Au fost propuse, pentru generarea de unde in plasma, doua tehnici: intr-una se folosesc intense fascicule laser, in cealalta fascicule de protoni.

Cea de-a doua metoda, folosia in cadrul experimentului AWKAE (Advanced Wakefield Experiment), a permis obtinerea de fascicule de electroni accelerate pana la 2 GeV pe o distanta de doar 10 m.

Electronii se comporta precum surfistii care incaleca unda produsa in plasma (wakefield) , fiind accelerati la energii foarte mari. Rezultatele acestui studiu au fost recent publicate de catre colaborarea AWAKE intr-un articol in revista Nature.

Intr-un accelerator „normal” campurile electrice folosite pentru accelerarea fasciculelor resusesc sa de o energie fasciculelor pe care le accelereaza de circa 1000 MeV/metru, ceea ce inseamna ca pentru a accelera un fascicul la 2 GeV ar fi necesari circa 2000 de metri de accelerator (adica circa 2 km). In AWAKE aceasta energie a fost obtinuta in doar 10 m de accelerator.

Pentru inducerea undelor in plasma de rubidiu pe care o foloseste, AWAKE a folosit fascicule de protoni generate de catre Super Proton Synchrotron, acceleratorul de la CERN care alimenteaza si LHCul . AWAK a costat circa 25 de milioane de dolari si este instalat la 100 metri sub pamant, intr-o sala experimentala in interiorul inelului LHC.

Aceasta metoda ar putea genera fascicule de electroni cu energii si mai mari si cu  calitate a fasciculelor superioara. In cativa kilometri s-ar putea, folosind tehnica acceleratoarelor cu plasma, accelera fascicule de electroni pana la cativa TeV. Aceste fascicule ar putea fi folosite pentru studiul proprietatilor bosonilor Higgs si cautarea particulelor de materie intunecata, care, pana in prezent, nu au fost descoperite de catre LHC.

Aceasta tehnologie ar putea fi folosita inclusiv pentru construirea de mini-acceleratoare cu costuri reduse fata de cele actuale, care sa fie folsire in medicina, industrie sau chiar si in universitati pentru instruirea studentilor si cercetare.

 

Articol scris de Cătălina Oana Curceanu, prim cercetător în domeniul fizicii particulelor elementare şi al fizicii nucleare, Laboratori Nazionali di Frascati, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Roma, Italia) şi colaborator al Scientia.ro