Savanţii au arătat pentru prima dată că electronii pot acumula energie prin „surfing-ul” pe valurile declanşate de protoni prin plasmă. Pe viitor, tehnica poate ajuta la producerea impulsurilor de electroni la energii mai mari, ceea ce va ajuta la investigarea mai în profunzime a particulelor subatomice.
Acceleratoarele standard de particule se bazează pe cavităţi ale frecvenţelor radio, camere metalice care creează câmpuri electromagnetice oscilante care pot împinge particulele. Prin utilizarea undelor plasma, „încercăm să dezvoltăm un nou tip de tehnologie a acceleratoarelor”, a declarat Allen Cladwell de la Institutul de Fizică Max Planck din Munchen, Germania. Caldwell este purtătorul de cuvânt al colaborării AWAKE, care a descris rezultatele noului studiu în noul număr al revistei Nature.
Într-un experimente desfăşurat în laboratorul CERN din Geneva, cercetătorii au trimis impulsuri de protoni de energie ridicată printr-o plasmă, o stare a materiei în care electronii şi atomii încărcaţi pozitiv, numiţi ioni, se amestecă. Protonii fac ca electronii din plasmă să „se agite”, creând valuri care accelerează electronii adăugaţi ulterior plasmei. Aceşti electroni adăugaţi au ajuns la energii de până la 2 miliarde de electronvolţi (eV) pe o distanţă de 10 metri, relatează Science News.
„Este un rezultat frumos şi un prim pas important”, a precizat Mark Hogan, fizician la SLAC National Accelerator Laboratory din Menlo Park, California, care studiază acceleratoarele cu unde plasmă.
Citește și O istorie a tehnologiei LASER în România: sesiune științifică organizată de Academia Română
În trecut, savanţii au demonstrat potenţialul acceleratoarelor plasma de a creşte viteza electronilor folosind unde declanşate de un laser sau de un alt impuls de electroni, în loc de protoni precum în acest nou studiu. Avantajul noii metode este că, cel puţin teoretic, impulsurile de protoni pot purta mai multă energie decât laserele sau impulsurile de electroni, astfel că electronii acceleraţi de protoni pot ajunge la niveluri de energie mai ridicate într-un singur impuls de acceleraţie.
Totuşi, noul rezultat nu a ajuns la energia produsă în acceleratoarele plasma utilizate anterior. Studiul reprezintă doar primul pas, o demonstrare a conceptului care arată că impulsurile de protoni pot fi folosite în acceleratoarele undelor plasma.
Electronii de energie ridicată sunt utili în mod particular pentru fizica particulelor deoarece sunt particule elementare – nu sunt alcătuiţi din alte particule mai mici. Protonii, pe de altă parte, sunt alcătuiţi din quarci, ceea ce poate rezulta în coliziuni haotice. De asemenea, pentru că fiecare quarc are o mică parte din energia totală a protonului, doar o fracţie din această energie participă la coliziune. Drept comparaţie, electronii, fiind unitari, îşi pun toată energia în coliziuni. Dar este dificilă imprimarea la electroni a unei acceleraţii în mod direct. Dacă sunt puşi într-un inel de accelerator, aceştia îşi pierd energia rapid spre deosebire de protoni. De aceea, AWAKE a început cu protoni acceleraţi, utilizaţi pentru a „porni” electronii.
Articolul Revoluție în fizică cu o nouă tehnologie a accelerării de particule apare prima dată în Pedagoteca.
Sursa: Revoluție în fizică cu o nouă tehnologie a accelerării de particule
