Одна из вещей, которые вы наверняка можете знать относительно экспериментов из области физики элементарных частиц, это то, что во всех подобных экспериментах используются поистине огромные научные установки. Длина туннеля Большого Адронного Коллайдера (БАК), самого мощного ускорителя частиц в мире, составляет 27 километров, а длина самого большого линейного ускорителя Stanford Linear Accelerator превышает три километра. Ученые из Европейской организации ядерных исследований CERN приступили к испытаниям новой технологии ускорения частиц, которая ляжет в основу будущих компактных, но и вместе с тем чрезвычайно мощных ускорителей частиц нового поколения.
Буквально на днях ученые CERN закончили серию тестовых запусков ускорителя AWAKE, который является ускорителем совершенно нового типа. Принцип его работы позволит разгонять частицы до чрезвычайно высоких энергий. Уже сейчас, благодаря подобной технологии, размер ускорительных экспериментальных установок может быть сокращен в сто раз, а в будущем не исключается появление ускорителя, сопоставимого по мощности с БАК, но имеющего размеры, сопоставимые с размерами письменного стола.
Большие ускорители и коллайдеры состоят из множества узлов и деталей, для размещения которых требуется пространство. Так же достаточно немалое пространство требуется для установки датчиков, которые регистрируют "ливни" вторичных элементарных частиц, возникающие в местах столкновений лучей. Несмотря на то, что в конструкциях ускорителей используются все самые последние достижения науки и техники, разгон частиц до максимальных энергий производится не моментально, для этого требуется достаточно большое время, за которое частицы успевают совершить большое количество оборотов по туннелю ускорителя. В эксперименте AWAKE (Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment) используется принципиально новый метод плазменного ускорения, позволяющий разогнать частицы до очень высокой скорости на достаточно малой дистанции, т.е. за более короткое время.
В основе ускорителя AWAKE лежат принципы ускорения, которые были разработаны в теории только в 1970-х годах.
"На первом этапе пакет протонов, выработанный синхротронным ускорителем Super Proton Synchrotron, проходит через область, заполненную плазмой. Отрицательно заряженные электроны из этой плазмы притягиваются пролетающими положительно заряженными протонами и покидают пределы плазменного облака, которое становится положительно заряженным облаком" - рассказывает Эдда Гшвендтнер (Edda Gschwendtner), руководитель проекта AWAKE, - "Следующие протоны, влетающие в облако плазмы, производят волну, которая захватывает частицы и разгоняет их подобно тому, как серфингист разгоняется на гребне морской волны. И такой метод работает в тысячу раз быстрее традиционных методов ускорения элементарных частиц".
В ходе первых испытаний ученые лишь подали импульсы протонных лучей в недра ускорителя. В ускорителе еще не было создано никакого плазменного облака, способного "волноваться" и ускорять электроны. И реально ускорять свои первые частицы ускоритель AWAKE начнет только в 2018 году. Следует отметить, что ускоритель AWAKE является далеко не единственным подобным ускорителем, работы над которыми ведутся в настоящее время, однако, он является первым и пока единственным, в котором плазменная волна будет создаваться импульсами лучей протонов, что в теории позволит получить очень и очень высокую мощность.
Однако, для того, чтобы увидеть подобные плазменные ускорители в действии в реальных экспериментах, придется подождать еще один-два десятка лет. Это время будет потрачено учеными на создание практической технологии плазменного ускорения, ее минимизации до максимально возможного уровня и для разработки ряда сопутствующих технологий.