粒子加速前进|事情怎兴发首页x么样

库恩，醒着“width= — 在瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室CERN的醒着加速器的360度镜头。Maximilien Brice，Julien Marius Ordan/2018 CERN

对于想要研究宇宙基本基础并了解它们如何相互作用的物理学家，粒子加速器- 一种巨大的设备，可以加快颗粒并使它们碰撞 - 是一个非常重要的工具。想象一下，加速器作为显微镜的大小，能够研究存在的最小事物。

“加速器是最终的显微镜，”马克·霍根（Mark J. Hogan），一名物理学家SLAC国家加速器实验室在加利福尼亚州的门洛公园（Menlo Park）在一封电子邮件中解释说。“它们的分辨能力与粒子梁的能量成正比。在能量前沿运行的电流机器是人类工程的纪念碑。这些机器的范围是数十公里，但将它们的光束控制在人毛直径的分数上。“

这就是为什么使用加速器，更大的情况一直更好。如果您甚至是休闲的科学爱好者，那么您可能听说过所有的大爸爸加速器，大型强子对撞机（LHC）在库恩，瑞士日内瓦附近的欧洲粒子物理实验室。LHC可能是有史以来最复杂的机器，具有巨大的17英里（27.35公里）轨道，用于加速颗粒。科学家在2012年使用LHC观察希格斯玻色子，有助于解释为什么其他颗粒具有质量以及为什么在一起。

较小且价格较低

不过，真正大粒子加速器的一个问题是，它们非常昂贵且消耗大量的电力。例如，LHC，耗资41亿美元只是为了建造。因此，物理学家真正希望拥有的是一种完成工作的方法，这并不那么庞大且昂贵。

这就是为什么对新闻感到如此兴奋的原因库恩研究人员成功地测试了一种通过质子驱动的等离子体韦克菲尔德加速度加速电子到高能的新方法。方法涉及使用强烈的质子团产生波等离子体，一种离子原子汤。然后，电子骑着波加速，好像它们是亚原子尺度冲浪者一样。

在测试中高级韦克菲尔德实验（醒着）5月，CERN研究人员设法使用该方法将电子加速到10米（32.8英尺）的距离2 gigaelectronvolts（GEV）的能量。

这是一个视频，其中Edda Gschwendtner，库恩Awake的项目负责人解释了加速器的概念，以及为什么蛋白质驱动的等离子体Wakefield Accelerator是如此的主要突破：

其他研究人员赞扬了CERN的成就。“这项技术可以让CERN的设施具有一种新的紧凑方法来产生高能电子，该方法可以与固定的靶标或质子束相撞，以使粒子物理学家了解基本颗粒和控制其相互作用的力的新工具，”霍根说。

“这一结果对于高能物理学的未来很重要，因为它可能为基于等离子体Wakefield加速的紧凑型1 TEV电子加速器打开一条途径，” UCLA的加速器和束动力学教授詹姆斯·罗森茨维格（James Rosenzweig）解释说，UCLA的总监兼总监大学颗粒梁物理实验室。“从引入物理原理的角度来看，该实验是第一个 - 它引入了质子束激发的等离子体韦克菲尔德。

“在高速加速电场中发现的血浆加速器中发现的关键优势，可以支撑 - 高达1,000倍的1000倍。原则上的质子使用质子可以使带有更大可用的总加速能的光束，” Rosenzweig，” Rosenzweig”通过电子邮件说。

霍根（Hogan）在SLAC的团队开发了一种不同的等离子体Wakefield加速方法，该方法依赖于插入等离子体中的一束电子，以创建其他电子可以乘坐的波浪。但是，无论使用哪种方法，等离子体都提供了一种方法来超越常规加速器的限制。

霍根说：“然而，这些机器的精确度和成功，他们正在接近社会所能负担的规模和成本的限制。”“对于加速电子的机器，尺寸与我们可以为颗粒添加能量的最大速率有关。使用具有金属结构的常规技术，随着磁场变得如此之大，我们无法进一步提高此速率极限力。等离子体（一种电离气体）已经被分解并可以支撑更大的磁场，并且在正确操纵时，可以以较大的速率为粒子梁增加能量，因此原则上可以在较小的足迹中进入能量边界。

霍根说：“许多小组都表明我们可以使用等离子体来制造精力充沛的电子。”“下一代研究的大部分研究都旨在证明我们可以做到这一点，同时同时制作质量和稳定性，等同于常规技术。其他研究问题正在考虑如何连续连续串起许多连续的等离子体细胞，以达到非常紧密的范围高能量。其他挑战是了解如何加速正电子，这是等于等离子体中电子的反物质。展望未来，许多小组，包括我在SLAC的同事，希望能够开发具有卓越品质的高能量光束，这将为新科学乐器打开大门在接下来的十年及以后。”

醒着发言人告诉科学杂志研究人员希望在未来五年内开发该技术，以至于可以用于粒子物理研究。