欧洲核子研究组织（CERN）的一项实验证明了一种将电子加速为高能的新方法-可以大大缩小未来粒子加速器的尺寸并降低其成本。
这项技术是开发等离子加速场加速技术的最新热点。该方法利用等离子体中的波（电离原子的汤）将电子推向更高的能量，距离远小于当今粒子加速器所需的距离。几个实验室已经证明了使用两种不同方法的等离子体尾流加速。大多数团队使用激光束产生所需的等离子波。最新的工作是第一个表明质子也可以感应波并实现电子加速的技术，这种技术可能比其他方法更具优势，因为质子可以在远距离上携带高能量。
在这种情况下，研究人员通常将质子转移到瑞士日内瓦附近欧洲粒子物理实验室CERN的大型强子对撞机（LHC）中，然后将它们插入被称为先进Wakefield实验（苏醒）。机器按预期工作，并产生了稳定的加速电子束。“对我们而言，这是一项重大成就，”伦敦大学学院物理学家马修·永（Matthew Wing）说，他是AWAKE的副发言人。“实质上是说该方法行之有效，而且从未有过。” 8月29日在Nature1上对此工作进行了描述。
在5月进行的AWAKE首次实验中，研究小组将电子加速到10米以上的2吉电子伏特（GeV）的能量。原则上，从LHC主环中获取质子而不是从其低能量同质子中获取质子的更大版本的实验，可以在一个公里长的单个阶段将电子推向兆兆伏的能量（几千个GeV）。 ，永说。
加利福尼亚大学洛杉矶分校的激光等离子尾波场研究团队的负责人詹姆斯·罗森茨威格说：“这将是一项令人瞩目的成就，因为目前没有可用的太电子伏特电子实验室来源。”
加快进度
不到十年前，质子“假”首先被提出来作为加速电子的潜在方法3。位于加利福尼亚州门洛帕克（Menlo Park）的SLAC国家加速器实验室的物理学家马克·霍根（Mark Hogan）说：“这真是令人印象深刻，几年后，它从无到有变成了真正的重大实验。”那里有等离子流场实验。
LHC是世界上功能最强大的加速器，它使质子在环中循环，而世界上大多数加速器实验室都使用通常由线性加速器产生的电子束。大多数电子加速器使用强大的射频波来携带电场，该电场推动一束注入的电子，当它们在高真空管中移动时，它们会获得越来越多的能量。较强的电场会在较短的距离上加速粒子，因此使电场强度加倍意味着使用一半的加速器就可以达到相同的能量。但是这些常规加速器中的电场不能达到每米1亿伏特以上。
相反，在等离子体尾波加速器中，电子在电子和正离子的混合物内部移动，而不是在空白空间中移动。到目前为止，已经有两种建立方法来实现这种加速。一种是激光驱动的，其中激光振荡电场将等离子电子推向侧面，而较重的正离子响应速度更慢，并且基本上保持原位。正负电荷的分离极大地放大了激光电场。这会在波浪中形成较小的区域，在这些区域中，电场达到每米1000亿伏特，这是传统加速所达到的1000倍。研究人员随后注入了一些电子束，这些电子束在策略上定时定时在这些区域内“荣格”并获得能量。
几个实验室一直在研究激光技术，该技术不需要大型的基础设施，但是可以在单个等离子体级中赋予注入的电子的能量有限。Wing说，原则上，来自一个这样的加速器的电子可以被馈送到另一个，从而在每一步都增加能量。
串行升压器
Hogan和SLAC的其他人率先采用了另一种等离子体唤醒场加速技术，该技术利用单独的电子束产生等离子体波。将一束束插入等离子体并通过排斥等离子体电子而产生第一波。随之而来的是另一束。当第一束将能量转移到等离子体时，第二束将部分能量带回并加速。在2007年，Hogan和他的同事证明2，它们可以在1米等离子体中向电子传递与SLAC历史悠久的线性加速器沿3公里的整个路径所传递的能量一样多的能量。
然后，在2009年，德国慕尼黑马克斯·普朗克物理研究所的艾伦·考德威尔和他的合作者提出了另一种方法3：用质子而不是电子来诱发等离子体波。为了将这项建议付诸实践，欧洲核子研究组织（CERN）建造了先进的韦克菲尔德实验（AWAKE），这是一项耗资2500万美元的设施，位于LHC环内地下100米的实验大厅内。
AWAKE从位于欧洲核子研究中心（CERN）的6公里环上获取质子，该环通常称为“超级质子同步加速器”，该粒子通常将其送入LHC主27公里环中，然后将其射落到充满rub等离子体的10米长电池中。特制的较小的加速器产生的电子被插入质子的尾波中。Wing说，该加速器实现了2 GeV的束能量，这种设置的升级版可能会产生能量高达100 GeV的电子。Wing补充说，即使在50-GeV范围内的能量，也可以用于在固定目标上发射电子的实验。
Rosenzweig等人警告说，在许多应用中，仅具有很高的能量是不够的。束也必须是高质量的，例如，关于每束中的电子在能量上如何彼此不同以及束紧程度如何。加速的电子又可以用来产生高强度的激光。该应用程序可以创建更紧凑版本的仪器，例如自由电子激光器，这些仪器可用于其他科学领域来探测材料和分子。
但是，对于更高质量的光束，对于其中粒子碰撞的基础物理实验而言，将是必需的。霍根说，SLAC电子项目的下一阶段将于2019年开始，它将专注于展示对光束质量的改进。霍根说，至于唤醒，这些改进将进一步进行。“这里有很多步骤要解决，但是他们迈出了非常重要的第一步。” / p>
