プラズマ「サーフィン」により、反物質を経済的に分散させることができます

ビデオ: プラズマ「サーフィン」により、反物質を経済的に分散させることができます

ビデオ: 【久しぶりのサイズアップ】サーフィンの伸びしろを感じた日。 2022, 12月
プラズマ「サーフィン」により、反物質を経済的に分散させることができます
プラズマ「サーフィン」により、反物質を経済的に分散させることができます
Anonim
Image
Image

右下から左上隅に移動する陽電子の加速のモデル:高密度プラズマは黄色と緑色で示され、プラズマ電子の軌道は青い線で示されています。

Nature誌に掲載された記事によると、米国国立加速研究所SLACの科学者たちは本日、「後流加速」効果に作用する新しい加速器モジュールを発表しました。これにより、粒子加速器の食欲とサイズが大幅に減少します。

1980年代初頭、物理学者は、ミクロ状態のサイズに近づいて、現代の粒子加速器のサイズを縮小する潜在的な方法を発見しました。彼らは、粒子がレーザーを使用して加速できることを発見しました。レーザーは、物質の小さな塊をプラズマに変え、電子をノックアウトします。

このアイデアを実装する最初の真剣な試みはそれほど前に行われませんでした。2、4年前、ロシアとアメリカの物理学者は、粒子を比較的高速で1〜3メガ電子ボルト(MeV)を超えるエネルギーに加速できる「卓上」加速器を作成できました。 。

これらは比較的小さく、物理学の観点からは役に立たない-古典的な加速器の能力は数十万倍も高い。たとえば、大型ハドロン衝突型加速器は、再起動後、陽子または電子を7、5、または8テラエレクトロンボルト(TeV)のエネルギーに加速できます。これは、レーザー加速器のピーク出力の400万倍です。

SLACのMichaelLithosと彼のチームは、ほぼ8年間、レーザー加速システムの改善に取り組んでおり、物質と反物質を加速するための代替方法を探しています。昨年11月、彼らは突破口を開きました。いわゆる「ウェイク効果」を使用して電子を非常に高いエネルギーに加速できる「プラズマアフターバーナー」と冗談めかして呼ぶデバイスを作成しました。

中央にプラズマ雲が入ったミニチュアボックスです。そのような物質の塊はすべて、ある種のスープと一貫性が似ています。その中で、比較的大きくて不活性な「ジャガイモ」イオンが、微視的な電子の「ブロス」に浮かんでいます。このスープの液体部分は非常に動きやすく、他の電子の「ジェット」で叩くことで、その場所から簡単に追い出すことができます。

このような衝撃により、「スープ」のない領域に強力な電界が発生し、その電圧は、従来の粒子加速器で原理的に達成できる電圧よりも桁違いに高くなります。そして、ある瞬間に電子または他の荷電粒子がそれに当たると、それはほんの一瞬で非常に高いエネルギーに加速します。物理学者は、加速された粒子が最初の電子ビームによってプラズマで生成された「後流」波を使用して実行を加速するため、この粒子加速方法を「後流加速」と呼びます。

この原理を使用して、リトスと彼のチームは、LCLSレーザーと30 cmのアフターバーナーを使用して、昨年11月に電子ビームをかなり固体の1.6GeVに加速しました。今日、彼らは、物質ではなく反物質、つまり電子の正に帯電した双子である陽電子を使用して、この結果を繰り返すことができました。

科学者が指摘しているように、陽電子の加速はより困難な作業でした。物理学者は、電子の最初の波が後流に「挿入」されたときに粒子ビームがその形状を失うことを恐れていました。多くの実験と失敗の後、SLACの物理学者は、この問題の簡単な解決策を見つけました。最初の電子ビームを取り除き、その役割を陽電子雲自体とプラズマ「スープ」内の電子に割り当てました。

このアプローチは非常に効果的であることが判明しました。新しいメートル長のプラズマ「アフターバーナー」は、反物質粒子を5GeVのエネルギーに加速することができます。この値は、反物質加速器の最も効率的なモデルが達成できたものの100倍です。追加の利点は、陽電子雲が比較的安定したままであるため、粒子エネルギーの広がりが最小レベルにあることです。

このような成功は、記事の著者が望んでいるように、陽電子電子衝突型加速器の作成への道を開くでしょう。物理学者がNature誌の記事のレビューで指摘しているように、このようなデバイスは、同数の通常の粒子とエキゾチックな粒子を生成します。これにより、「新しい物理学」を発見したり、まだ知られていない粒子を発見したりする可能性が大幅に高まります。我ら。物理学者が認めるこのような加速器の作成は、いくつかの「アフターバーナー」の同期と結合が非常に複雑な計算と工学の問題であるため、遠い将来にのみ可能になるでしょう。

トピックによって人気があります

人気の投稿