статье, опубликованной в журнале Nature....

" /> Плазменный «серфинг» позволит экономично разгонять антиматерию Версия для слабовидящих
Плазменный «серфинг» позволит экономично разгонять антиматерию Печать Email
Новости об инновациях
31.08.2015

Ученые из американской Национальной ускорительной лаборатории SLAC представили сегодня новый ускорительный модуль, работающий на эффекте «кильватерного ускорения», который позволит в разы снизить аппетиты и размеры ускорителей частиц, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Модель ускорения позитронов, движущихся из правого нижнего в левый верхний угол: плазма высокой плотности показана желтым и зеленым, траектории электронов плазмы — синими линиями. Изображение: W. An/UCL

В начале 1980 годов физики нашли потенциальный способ уменьшить размеры современных ускорителей частиц, по площади приближающихся к микрогосударствам. Они выяснили, что частицы можно разгонять при помощи лазера, превращающего небольшие сгустки материи в плазму и выбивающего из нее электроны.

Первые серьезные попытки реализовать эту идею были сделаны не так давно – российские и американские физики два и четыре года назад смогли создать «настольные» ускорители, способные разгонять частицы до относительно высоких скоростей и энергий, превышающих 1–3 мегаэлектронвольт (МэВ).

Это относительно небольшие и бесполезные с точки зрения физики — мощность классических ускорителей в сотни и десятки тысяч раз выше. К примеру, Большой адронный коллайдер после перезапуска может разогнать протон или электрон до энергии в 7,5 или 8 тераэлектронвольт (ТэВ), что в 4 миллиона раз выше пиковой мощности лазерных ускорителей.

Майкл Литос и его команда в SLAC уже почти восемь лет работает над улучшением системы лазерного ускорения и ищет альтернативные способы ускорения материи и антиматерии. В ноябре прошлого года они совершили прорыв — они создали устройство, которое они в шутку называют «плазменной форсажной камерой», способное ускорить электроны до очень высоких энергий при помощи так называемого кильватерного эффекта.

Она представляет собой миниатюрный ящик, в центре которой находится плазменное облако. Все подобные сгустки материи похожи по своей консистенции на своеобразный суп — в нем относительно крупные и малоподвижные «картофелины»-ионы плавают в «бульоне» из микроскопических электронов. Жидкая часть этого супа очень подвижна, и ее можно легко согнать со своего места, если ударить по ней «струей» из других электронов.

При таком ударе в освободившейся от «бульона» области возникает мощное электрическое поле, чье напряжение на порядки выше того, которого можно достичь в принципе в классических ускорителях частиц. И когда в определенный момент времени в него попадает электрон или другая заряженная частица, то она разгонится до очень высоких энергий за считанные мгновения. Физики называют такой способ разгона частиц «кильватерным ускорением» из-за того, что разгоняемые частицы ускоряют свой бег, используя «кильватерные» волны, порождаемые в плазме первым пучком электронов.

Используя этот принцип, Литос и его команда разогнали в ноябре прошлого года пучок электронов до достаточно солидного значения в 1,6 ГэВ, используя лазер LCLS и 30-сантиметровую «форсажную камеру». Сегодня им удалось повторить этот результат, используя не материю, а антиматерию — позитрон, положительно заряженный двойник электрона.

Ускорение позитронов, как отмечают ученые, было более сложной задачей — физики боялись, что пучок частиц потеряет свою форму при «вставке» в кильватер первой волны электронов. После долгих экспериментов и неудач, физики из SLAC нашли простое решение этой проблеме — они просто убрали первый пучок электронов и возложили его роль на само облако позитронов и электроны в «супе» плазмы.

Подобный подход оказался крайне эффективным — новая плазменная «форсажная камера» длиной в метр способна разогнать частицы антиматерии до энергии в 5 ГэВ. Подобное значение в 100 раз больше, чего удавалось достичь самым эффективным моделям ускорителей антиматерии. Дополнительным плюсом является то, что облако позитронов остается относительно стабильным, благодаря чему разброс в энергии частиц находится на минимальном уровне.

Подобный успех, как надеются авторы статьи, откроет дорогу для создания позитрон-электронных коллайдеров. Подобные приборы, как отмечают физики в рецензии на статью в журнале Nature, будут производить равное число обычных и экзотических частиц, что заметно увеличит шансы на обнаружение «новой физики» и открытие пока неизвестных нам частиц. Создание таких ускорителей, признают физики, будет возможно только в отдаленном будущем, так как синхронизация и объединение нескольких «форсажных камер» является крайне сложной вычислительной и инженерной задачей.

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/plazmennyi-serfing-pozvolit-ekonomichno-razgonyat-antimateriyu

 
Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта