В то время как основное направление развитие коллайдеров заключается в увеличении размера ускорителя для достижения более высоких энергий частиц, проект AWAKE исследует обратное: как уменьшить размер ускорителя, но при этом достичь более высоких энергий с помощью нового метода ускорения частиц - ускорения плазменного кильватерного поля.
Плазменное кильватерное поле - это тип волны, создаваемой частицами, движущимися через плазму. AWAKE отправляет протонные лучи из суперпротонного синхротрона (SPS) через плазменные ячейки, чтобы создать эти поля. Затем второй луч, называемый "серфером", ускоряется с помощью кильватерных полей, получая до нескольких гигаэлектронвольт энергии.
«Ускорение плазменного кильватерного поля похоже на серфинг», — говорит Эдда Гшвендтнер, руководитель научно-исследовательского проекта ускорителя AWAKE в ЦЕРН.
AWAKE стремится продемонстрировать преимущества ускорения плазменного кильватерного поля по сравнению с традиционными технологиями, такими как радиочастотные резонаторы. Для этого они внедрили новые прототипы и подходы к источникам плазмы. Новый источник плазмы на парах рубидия имеет такую же длину, как и предыдущий, но вводит ступень плотности, что позволяет получить более сильные кильватерные поля. Этот новый источник плазмы разделен на сегменты, температура которых может регулироваться независимо по всей длине источника.
Кроме того, AWAKE также тестировала другой прототип - источник разрядной плазмы, разработанный IST-Lisbon в Португалии и группой Vacuum, Surfaces and Coatings в ЦЕРН. Этот источник разрядной плазмы может быть потенциальным кандидатом для работы AWAKE после третьего длительного периода закрытия ЦЕРН.
Эксперимент начался в 2016 году, и первые два года были посвящены доказательству концепции. Они смогли показать, что могут использовать протонный пучок от SPS для возбуждения кильватерного поля в 10-метровом источнике плазмы и ускорять электроны до очень высокой энергии. Теперь AWAKE переходит к следующему этапу эксперимента, в котором они хотят продемонстрировать возможность ускорения электронов до высоких энергий и контроля качества пучка. Это крайне важно для реализации настоящего ускорителя. Таким образом, эксперимент AWAKE открывает новые возможности в области ускорения частиц и исследования плазмы.
Использование плазменного кильватерного поля и источников плазмы на парах рубидия или с использованием источника разрядной плазмы может привести к более эффективному ускорению частиц и достижению более высоких энергий в будущих ускорителях.