等离子体Wakefield加速,迈向更小的粒子碰撞器

作者:陈题

<p>渲染显示等离子体中的高能正电子加速度 - 一种可以帮助构建下一代粒子碰撞器的新方法在一项新的研究中,研究人员详细说明了一种称为等离子体尾场加速的技术如何能够使他们能够构建更经济的粒子碰撞器研究人员开展的一项研究来自加州大学洛杉矶分校和美国能源部的SLAC国家加速器实验室已经证明了一种更有效的方法来加速正电子,电子的反物质对立方法可能有助于产生更小但更强大的线性电子 - 正电子对撞机 - 可用于了解自然界基本构建模块的特性研究小组此前已经表明,通过让带电粒子“冲浪”电离气体或等离子体来增强带电粒子的能量,在加速电子时效果很好虽然这种方法本身可以导致更小加速器,电子只是未来碰撞器的一半现在,研究人员通过在SLAC的高级加速器实验测试设施中应用该技术实现了另一个里程碑该研究发表于8月26日,在自然研究人员研究物质的基本组成部分以及通过将高能粒子束粉碎到彼此之间的力量欧洲大例如,强子对撞机通过以极高的能量碰撞质子来工作但是许多科学家认为构建一个将电子和正电子一起撞击的对撞机将是一个重大的进步</p><p>这是因为与由三个夸克组成的质子不同,电子和正电子是基本的或基本粒子,因此它们之间的碰撞将更清晰,更容易研究这个动画解释了研究人员如何用等离子体加速正电子 - 一种可能有助于提高能量和缩小未来线性粒子对撞机尺寸的方法使用现有技术,电子-positron col用于下一代实验的lider需要数十公里长的加速器但研究人员希望一种称为等离子体尾场加速的技术可以使它们能够构建更短,更经济的加速器以前的工作表明该方法可以有效地加速电子:当FACET之一紧密时聚焦的电子束进入电离气体,它产生等离子体“唤醒”,研究人员用它来加速尾随的第二电子束但是当正电子被加速时,等离子体尾场更具挑战性事实上,许多科学家认为无论在哪里一个尾随的正电子束被放置在一个尾流中,它会失去其紧凑,集中的形状甚至减慢“我们的关键突破是找到一个新的制度,让我们有效地加速等离子体中的正电子,”该研究的共同作者Chandrashekhar Joshi说,加州大学洛杉矶分校Henry Samueli工程学院的杰出电气工程教授环和应用科学团队发现,单个正电子束可以与等离子体相互作用,使得它的前部产生一个尾流,加速并聚焦其尾端</p><p>这发生在正电子行进约10厘米(约4个)后通过等离子体“在这个稳定的状态下,大约10亿个正电子在短短13米的距离内获得了50亿个电子伏特,”该研究的第一作者,前SLAC研究员Sebastien Corde说道,他现在在Ecole法国的综合技术学院“他们也非常有效和统一地做到了这一点,导致了能量明确加速的群体”使用超级计算机,团队成员进行了模拟,这是了解正电子加速机制的关键“我们进行了模拟以了解如何这个研究的合着者,加州大学洛杉矶分校物理学和天文学教授,以及他们的共同作者沃伦森说</p><p> ctrical engineering“基于这种理解,我们现在可以使用模拟来寻找以改进的,更加可控的方式激发合适尾迹的方法</p><p>这将为未来的实验带来创意”尽管研究人员不希望基于等离子体的粒子碰撞器在不久的将来,该方法可用于更快地升级现有的加速器“可以想象通过在最后增加一个非常短的等离子加速器来提高线性加速器的性能,”Corde说 “这会增加加速器的能量而不会使整个结构显着延长”SLAC的研究报告的合着者马克霍根说:“与我们之前的成就一起,这项新研究是朝着制造更小,更便宜的下一步迈出的非常重要的一步 - 生成电子 - 正电子对撞机“其他贡献者包括奥斯陆大学和中国清华大学的研究人员</p><p>该研究得到了能源部,国家科学基金会,挪威研究理事会和中国出版物千人计划项目的支持</p><p> :S Corde等,“自负载等离子体尾场中正电子的多千兆电子伏加速度”,Nature 524,442-445(2015年8月27日); doi:101038 / nature14890来源:Matthew Chin,....