В России ускорят разработку стабильных компактных ускорителей частиц

МОСКВА, 9 июля. /ТАСС/. Российские физики разработали первую теорию, которая описывает то, как возникает так называемое "зеркальное вращение" поля в кильватерных ускорителях частиц - опасный феномен, который одновременно снижает стабильность этих установок и может вызвать серьезные повреждения оборудования. Разработка исследователей поможет понять, как защитить ускорители от этого явления, сообщила ТАСС пресс-служба Университета ИТМО.

"Изучение этого явления - не просто физическое любопытство, а фундаментальный вызов для ускорительных технологий. Количественное описание эффекта, полученное в исследовании, позволит перейти от наблюдения к активному управлению стабильностью в установках будущего", - пояснил ведущий научный сотрудник Университета ИТМО (Санкт-Петербург) Станислав Батурин, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают исследователи, в последние годы российские и зарубежные ученые активно разрабатывают идею так называемого кильватерного ускорения частиц. Она заключается в том, что облака плазмы можно использовать для сверхбыстрого ускорения заряженных частиц, если ударить по ним несколькими пучками электронов или протонов через четко выверенный промежуток времени.

В результате этого возникнет "кильватерная волна", гигантская разница в электрическом потенциале между соседними частями плазменного облака, которая будет ускорять заряженные частицы в тысячи раз быстрее, чем сверхпроводящие магниты в главном кольце Большого адронного коллайдера (БАК). Недавно физики реализовали несколько успешных демонстраций того, что кильватерное ускорение работает, в том числе в рамках эксперимента AWAKE на БАК.

Одним из главных препятствий для более широкого внедрения подобной технологии является открытый в 2024 году эффект "зеркального вращения" поля. Он проявляется в том, что если траектории движения первого и второго пучка чуть отклоняются друг от друга, взаимодействия порождаемых ими полей приводят к формированию третьего поля, которое мешает работе устройства и иногда способно направить частицы в сторону стенок ускорителя и тем самым повредить его.

Чуприна и Батурин разработали первую в мире аналитическую теорию, которая описывает возникновение этого эффекта. Проведенные исследователями расчеты показали, что силовые линии кильватерного поля разворачиваются навстречу пучку, и помогли им вывести формулу, по которой можно рассчитать угол поворота этих линий. Выяснилось, что он стабильно превышает угол поворота самого пучка в 1,5 раза. Эти данные, как надеются ученые, позволят создать подходы, позволяющие прогнозировать то, как будут двигаться пучки частиц в кильватерном поле, что позволит сделать компактные ускорители частиц более стабильными и безопасными.