新的加速器技术只需一米就加倍粒子能量

想象一辆汽车从250英尺处从零到60加速到60,然后火箭队以每小时120英里的一英寸。

那’基本上是加速器物理学家的合作完成了什么,使用电子为其racecars和血浆用于后台的血浆。因为电子已经在靠近光线旅行’S速度在加速器中,物理学家实际上将电子的能量加倍,而不是它们的速度。

研究人员 - 从能源部的斯坦福线性加速器中心(SLAC),UCLA Henry Samueli工程和应用科学学院,以及南加州南部的Viterbi Engineering Souths-Boys-of The With作品自然界。

这一成就演示了一种可能推动加速器设计的未来的技术。为了达到回答粒子物理学的新谜团所需的高能量 - 例如暗能和质量的起源 - 最新的加速器的巨大较大,因此比他们的前辈更昂贵。将需要非常高能量的粒子束来检测到目前为止已经存在的非常重且非常短的颗粒。

“我们希望有一天会这些突破将使后代的加速器可行和实惠,”SLAC副主任Persis Drell表示。“It’对于理解基本新的加速粒子的方法,很高兴看到了解潜在物理学的巨大进展。”

虽然仍处于早期发展阶段,研究表明,使用等离子体或电离气体的加速度可以大大提高颗粒的能量在短距离中。

“尺度非常令人愉快,”SLAC Mearacisist Mark Hogan说。“您需要一架飞机来拍摄两英里线性加速器的照片。然而,在短的空间比你的手臂短,我们加倍’能源到这里的最高。我希望长期希望它能够以适度的成本扩展现有和即将推出的机器的能力。”

电子首先通过SLAC的线性加速器行驶两英里,获得了420亿电子电压(或GEV)的能量。然后它们通过33英寸长(84厘米)的等离子体室,并拾取了另外42个能量。就像喷气发动机上的一个后燃器一样,等离子体提供额外的推力。等离子体室填充有锂气体。当电子束穿过锂时,束的前部会产生等离子体。这种等离子体留下了向束后部流动的唤醒,并将其推向向前推,在后面的电力中给出电子。

该实验创造了最大的加速梯度之一。梯度是粒子颗粒能量迅速的衡量标准。在这种情况下,通过等离子体腔室的电极从等离子体腔室获得比加速器中的每米的能量增加3000倍。

最近的推进是近十年工作的高潮,由斯拉克罗伯特暹南,加州大学电气工程教授Chan Joshi教授,以及USC工程教授Thomas Katsoulaes。

“物理学家使用粒子加速器来回答一些关于宇宙性质的一些最深刻的问题,” said Joshi. “我希望等离子体加速将使我们能够继续积极的发现传统。”

“我们都衷心振作,我们正在继续攀登等离子体加速度学习曲线,”宇宙教授在工程帕特里克·穆格尔里。

目前的实验限制是大多数电子中的电子都失去了它们的血浆能量。

“我们将能量从梁的一部分中取出并将其放入另一部分,” Hogan said.

在过去的两年中,该团队将等离子加速梯度提高了200倍。下一步之一是尝试一个双束系统,第一束将所有能量提供给尾随束。在全尺寸的等离子体加速器中,物理学家将使用那些第二束来在其探测器中产生高能粒子碰撞。

该研究由能源部和国家科学基金会资助。科学办公室是美国物质科学基础研究的最大基本研究支持者,为这一重要的国家重要性提供超过40%的资金。它负责监督 - 是全国主要联邦资助机构’高能物理,核物理和融合能源科学研究计划。

斯坦福大学



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