Uma seqüência de curtos feixes de prótons viaja através do campo de plasma, formando uma onda na qual os elétrons podem ser acelerados. Crédito:AWAKE
O futuro da aceleração de partículas começou. Awake é um conceito promissor para um método completamente novo com o qual as partículas podem ser aceleradas mesmo em distâncias curtas. A base para isso é uma onda de plasma que acelera os elétrons e, portanto, os leva a altas energias. Uma equipe liderada pelo Instituto Max Planck de Física agora relata um avanço neste contexto. Pela primeira vez, eles foram capazes de cronometrar com precisão a produção dos microbunches de prótons que impulsionam a onda no plasma. Isso cumpre um importante pré-requisito para o uso da tecnologia Awake para experimentos de colisão.
Como você cria uma onda para elétrons? A substância transportadora para isso é um plasma (ou seja, um gás ionizado no qual as cargas positivas e negativas são separadas). Direcionar um feixe de prótons através do plasma cria uma onda na qual os elétrons viajam e são acelerados a altas energias.
A fonte de prótons da Awake é o anel SPS no Cern, um pré-acelerador para o anel de circunferência de 27 quilômetros do Large Hadron Collider (LHC). Ele produz feixes de prótons com cerca de 10 cm de comprimento. "Contudo, a fim de gerar uma onda de plasma de grande amplitude, o comprimento do grupo de prótons deve ser muito menor - na faixa de milímetros, "explica Fabian Batsch, Ph.D. estudante do Instituto Max Planck de Física.
Os cientistas tiram vantagem da automodulação, uma interação "natural" entre o cacho e o plasma. "No processo, o grupo de prótons mais longo é dividido em microbunches de prótons de alta energia de apenas alguns milímetros de comprimento, construindo a viga do trem, "diz Batsch." Este processo forma uma onda de plasma, que se propaga com o trem viajando através do campo de plasma. "
Configuração do experimento Awake no centro de pesquisa Cern. Crédito:M. Brice / CERN
O tempo preciso permite a aceleração ideal de elétrons
Contudo, um campo estável e reproduzível é necessário para acelerar os elétrons e levá-los à colisão. É exatamente para isso que a equipe encontrou uma solução agora. "Se um campo elétrico suficientemente grande é aplicado quando o grupo de prótons longo é injetado e a automodulação é imediatamente posta em movimento."
"Uma vez que o plasma é formado imediatamente, podemos cronometrar exatamente a fase dos microbunches curtos de prótons, "diz Patric Muggli, chefe do grupo de trabalho Awake no Max Planck Insstitute for Physics. “Isso nos permite definir o ritmo do trem. os elétrons são captados e acelerados pela onda no momento ideal. "
Primeiros projetos de pesquisa em vista
A tecnologia Awake ainda está nos estágios iniciais de desenvolvimento. Contudo, a cada passo em direção ao sucesso, as chances dessa tecnologia de acelerador realmente ser usada nas próximas décadas aumentam. As primeiras propostas para projetos de aceleração menores (por exemplo, por exemplo, para estudar a estrutura fina dos prótons) devem ser feitos já em 2024.
De acordo com Muggli, as vantagens da nova tecnologia de acelerador - aceleração de wakefield de plasma - são óbvias:"Com esta tecnologia, podemos reduzir a distância necessária para acelerar os elétrons até o pico de energia por um fator de 20. Os aceleradores do futuro poderiam, portanto, ser muito menores. Isso significa:menos espaço, menos esforço, e, portanto, custos mais baixos. "
