WRÓĆ DO STRONY
GŁÓWNEJ
Nauka

Technologia, która może zaowocować kilkaset razy mniejszymi akceleratorami cząstek

Urządzenia stosowane w badaniach cząstek elementarnych są olbrzymie – za przykład może posłużyć choćby słynny Wielki Zderzach Hadronów, mierzący 8 kilometrów średnicy. To dość, by okrążyć część z okolicznych wiosek. Pojawiła się jednak nowa metoda, która może sprawić, że nowe akceleratory staną się znaczni mniejsze.

Pierwsze testy w ramach eksperymentu AWAKE, wykonane przez naukowców z CERN odbyły się odbyły się wczoraj. Jeśli ich idea się sprawdzi, akceleratory przyszłości mogą zmniejszyć swoje rozmiary stukrotnie.

Akceleratory takie jak LHC są nie tylko niezwykle skomplikowane, ale również zajmują dużo miejsca. Badane cząstki rozpędzane są za pomocą pól elektromagnetycznych. Zważywszy, że ich natężenie jest ograniczone, musi się to odbywać na znacznych dystansach. Na nieco innych założeniach ma być oparta technologia wykorzystywana w eksperymencie AWAKE.

Sekretem AWAKE jest koncept znany jako akceleracja pól wzbudzonych (wakefield acceleration). Idea znana była jeszcze w latach 70. niemniej nie istniała wówczas technologia pozwalająca na jej wykorzystanie.

Jak to działa? Na początku, „pakiety” protonów z akceleratora protonów CERN (Sper Proton Synchrotron) przechodzą przez pole plazmy. Elektrony w plazmie są naładowane negatywnie, zatem przemieszczają się w kierunku pozytywnie naładowanych protonów. Ale zanim elektrony „dolecą” na miejsce protony są już gdzie indziej. W efekcie elektrony lecą dalej, poza dodatnio naładowaną plazmę, a następnie są przyciągane z powrotem, tam gdzie były na samym początku. Proces jest kontynuowany i powstaje fala. Jeśli w tej fali umieścić kolejny elektron, będzie w stanie poruszać się na tej fali, unikając przy tym innych, ujemnie naładowanych cząstek. W efekcie elektron ten przyspiesza niezwykle szybko przez wzbudzone pole – tysiąc razy szybciej niż w wypadku metod konwencjonalnych.

Opracowanie nowej metody jest konieczne – gdyby dziś zbudować niezapętlony „zderzacz”, miałby 50 kilometrów długości.

Czego udało się do tej pory dokonać? Fizycy byli w stanie przemieścić „paczki” protonów przez główną linię wiązki. Jest to wymogiem, by urządzenie mogło w ogóle zadziałać. Nie stworzono jeszcze plazmy, anie nie przyspieszono żadnych elektronów – najprawdopodobniej nie stanie się to przynajmniej do roku 2018. AWAKE stanowi jedynie próbę ukazania, że technologia może działać. Amerykańskie laboratoria Stanford Linear Accelerator i Brookhaven National Lab również pracują nad podobnymi pomysłami. Niemniej tylko w wypadku AWAkE fala stworzona jest z pomocą protonów, dzięki czemu istnieje możliwość stworzenia potężniejszych akceleratorów pól wzbudzonych.

Jak twierdzi CERN, być może pewnego dnia zobaczymy potężne akceleratory mieszczące się na biurku – niemniej, tego typu urządzenia prawdopodobnie nie wykorzystywałyby protonów, gdyż te cząstki stosowane są generalnie w „cięższych” eksperymentach.

Tak czy inaczej, jak twierdzą naukowcy, technologia potrzebuje jeszcze kilku dekad, by stać się praktyczna. Niemniej, idea mieszczących się stole maszyn do eksperymentów z cząstkami elementarnymi jest zbyt piękna, by ją zignorować.

[źródło i grafika: popsci.com]