Физики центра ядерных исследований провели уникальный эксперимент

Сократить огромные затраты на сооружение гигантских коллайдеров позволит новый проект физиков Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН). В разработке участвуют ученые из 10 стран, в том числе и из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера. Сибиряки создали теоретическую модель новой установки. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Как известно, современные ускорители элементарных частиц имеют циклопические размеры. Ведь чтобы выбить из частиц новую информацию, их приходится разгонять и сталкивать при скоростях, близких к световой. Причем для ускорения нужны большие расстояния, скажем, длина знаменитого Большого адронного коллайдера около 27 км.

Разгон ведется с помощью высокочастотных резонаторов, которые воздействуют на частицы очень мощным электромагнитным полем. Это каскад ступеней, в каждой из которых частицы подхлестываются дополнительной энергией. Их сборка одна из самых трудоемких операций при создании коллайдеров. В новом проекте AWAKE ученые ЦЕРН применили принципиально иной метод. Впервые частицы разгонялись в плазме.

- Если совсем просто, то новый метод напоминает кильватерный эффект, когда за кормой судна образуется след, - говорит теоретический координатор проекта AWAKE, главный научный сотрудник ИЯФ СО РАН, доктор физико-математических наук Константин Лотов. - В нашем случае пучок-драйвер, проходя через плазму, создает в ней волну. В ней возникает огромная напряженность электромагнитного поля, в которой летящие вслед за драйвером частицы ускоряются почти до световых скоростей. Раньше в качестве драйвера использовались пучки электронов или мощные лазерные импульсы. Мы нашли способ использовать протонный пучок, в котором в тысячи раз больше энергии, чем в лучших электронных и лазерных драйверах.

В эксперименте AWAKE длина поля плазмы составила всего 10 метров, но этого хватило, чтобы разогнать частицы более чем в 100 раз. По расчетам, этот эффект позволит на длине плазмы в 70 метров получить такое же ускорение, как на 27-километровом Большом адронном коллайдере.

Открытый эффект позволит на длине плазмы в 70 метров получить такое же ускорение, как на 27-километровом БАК

Зарубежные участники проекта высоко оценили вклад россиян. Так, по словам руководителя проекта Эдды Гшвентер, теоретические модели российских ученых позволили определить, как строить установку, какие у нее должны быть параметры, какие инженерные особенности. "Новосибирцы помогли найти ответы на вопросы, как будет себя вести пучок протонов в плазме, как будет происходить процесс самомодуляции. На основе этих расчетов мы и построили установку, - отметила Гшвентер. - Теперь предстоит работать над качеством пучка и физическими приложениями этого метода. В этом нам также понадобятся работы Института имени Будкера, так как у нас очень много вопросов. Как много мы сможем ускорить частиц? Какой длины должна быть плазменная ячейка? Сколько должно быть таких ячеек? Это крайне важно для проведения будущих экспериментов".