Ученые разрабатывают компактные ускорители частиц с Wakefield-ускорением, сокращающие размер коллайдеров на 99%

Международная команда исследователей работает над созданием радикально уменьшенных и более дешевых ускорителей частиц, применяя технику Wakefield-ускорения, изучавшуюся с 1970-х годов. Технология использует плазменные волны, создаваемые лазером или пучком частиц, и позволяет ускорять электроны до высоких энергий в десятки раз быстрее, чем традиционные методы, применяемые в таких гигантах, как Большой адронный коллайдер (LHC). Если разработка будет успешной, километровые ускорители могут быть заменены компактными лабораторными устройствами, что снизит затраты и изменит будущее физики частиц.

В отличие от классических ускорителей, использующих электромагнитные поля и сталкивающихся с риском искрения при высоких нагрузках, плазменные модули Wakefield выдерживают экстремальные условия, ускоряя частицы в 1000 раз быстрее на расстоянии всего нескольких сантиметров. Например, эксперимент в Лаборатории Лоуренса Беркли показал, что лазерный Wakefield-ускоритель разогнал электроны до 10 миллиардов электронвольт за 30 см, что составляет десятую часть энергии прежнего коллайдера LEP, занимавшего 27 км. Однако перед учеными стоят вызовы: соединение плазменных камер для достижения энергий уровня коллайдеров и обеспечение стабильности пучков, особенно для позитронов — античастиц электронов.

Команда планирует в ближайшие четыре года решить ключевые технические проблемы и выбрать оптимальный тип Wakefield-ускорителя для создания демонстрационной модели к 2035 году. Технология может стать основой для апгрейда будущего коллайдера, такого как Higgs-фабрика, увеличив его энергию с 500 миллиардов до 10 триллионов электронвольт к 2050-м годам. Помимо коллайдеров, Wakefield-ускорение подходит для компактных синхротронов и лазеров для анализа материалов и биологических образцов, а также может быть использовано в инжекторных системах, например, в китайском электрон-позитронном коллайдере.

 Источник: Interesting Engineering