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».
