Американские физики продемонстрировали новую технику управления потоками частиц в будущих ускорителях, позволяющую в 150 раз сократить длину тоннеля установки. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте SLAC (Stanford Linear Accelerator Center — Стэнфордский центр линейного ускорителя).
Со SLAC связано много важных событий в физике элементарных частиц. Например, в 1974-м там открыли очарованный кварк, а в 1995 году — тау-лептон. В настоящее время экспериментальные исследования в области физики частиц сосредоточены главным образом в CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire — Европейский совет по ядерным исследованиям), а возможностям немодернизированных установок и площадок для них находят другое применение.
В своей работе ученые испытали технологии для ускорителей, которые могут использоваться в медицинских и промышленных целях, а также в физике частиц. Специалисты предложили разгонять электроны при помощи так называемого кильватерного ускорения.
Оно позволяет создавать ускоряющее поле огромной напряженности, недоступное в других условиях. Это происходит за счет прохождения сгустка электронов (драйвера) через плазму, в результате чего за ним создается пространство с колебаниями плазмы и электрическое поле высокой напряженности. Отсюда и аналогия с кильватерным следом, оставляемым при плавании кораблем за собой.
Это позволило частицам, запускаемым вслед за драйвером, увеличить свою энергию в 400-500 раз, как если бы они разгонялись в обычном ускорителе. Кроме того, в новой установке передача энергии от поля к частицам происходит при меньших потерях энергий.
Длина ускорителя SLAC превышает три километра. Для достижения энергий, приобретаемых частицами в конце тоннеля установки с помощью новой техники потребовалось бы около 20 метров, что в 150 раз короче.
В SLAC кильватерное ускорение изучают в последние 35 лет. К 2007 году специалистам удалось добиться существенного прогресса в этом направлении — они ускорили электроны в пучке с 42 до 85 гигаэлектронвольт. Однако только 1 миллиард из 18 миллиардов частиц получил значительные приращения скорости.
В новом исследовании специалисты усовершенствовали свою установку, в результате чего ее эффективность значительно повысилась. Так, значительно ускорилось уже около 50 процентов электронов одновременно с уменьшением разброса в значении их скоростей.
По мнению исследователей, технологическая задача усовершенствования метода плазменного кильватерного ускорения может привести к сокращению размеров современных ускорителей, в которых получаемая частицами энергия связана прежде всего с длиной тоннеля, в котором происходит разгон частиц.