Jalon pour l’expérience d’accélération de nouvelle génération – Technoguide

L’avenir de l’accélération des particules a commencé. Awake est un concept prometteur pour une méthode complètement nouvelle avec laquelle les particules peuvent être accélérées même sur de courtes distances. La base en est une onde de plasma qui accélère les électrons et les amène ainsi à des énergies élevées. Une équipe dirigée par le Max Planck Institute for Physics rapporte désormais une avancée dans ce contexte. Pour la première fois, ils ont pu chronométrer avec précision la production des microbunches de protons qui entraînent l’onde dans le plasma. Cela remplit une condition préalable importante pour l’utilisation de la technologie Awake pour les expériences de collision.

Comment créer une onde d’électrons? La substance porteuse pour cela est un plasma (c’est-à-dire un gaz ionisé dans lequel les charges positives et négatives sont séparées). Diriger un faisceau de protons à travers le plasma crée une onde sur laquelle les électrons montent et sont accélérés à des énergies élevées.

La source de protons de Awake est l’anneau SPS du Cern, un pré-accélérateur pour l’anneau circonférentiel de 27 kilomètres du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il produit des paquets de protons d’environ 10 cm de long. “Cependant, pour générer une onde de plasma de grande amplitude, la longueur du faisceau de protons doit être beaucoup plus courte – de l’ordre du millimètre”, explique Fabian Batsch, doctorant à l’Institut Max Planck de physique.

Les scientifiques profitent de l’auto-modulation, une interaction «naturelle» entre le bouquet et le plasma. «Dans le processus, le paquet de protons plus long est divisé en microbunches de protons à haute énergie de seulement quelques millimètres de longueur, construisant le faisceau du train», explique Batsch. “Ce processus forme une onde de plasma, qui se propage avec le train voyageant à travers le champ de plasma.”

Une synchronisation précise permet une accélération idéale des électrons

Cependant, un champ stable et reproductible est nécessaire pour accélérer les électrons et les amener à la collision. C’est exactement ce que l’équipe a trouvé une solution pour le moment. “Si un champ électrique suffisamment grand est appliqué lorsque le long bouquet de protons est injecté et que l’auto-modulation est ainsi immédiatement mise en mouvement.”

«Puisque le plasma se forme tout de suite, nous pouvons chronométrer exactement la phase des microbunches de protons courts», déclare Patric Muggli, chef du groupe de travail Awake au Max Planck Institute for Physics. “Cela nous permet de donner le rythme au train. Ainsi, les électrons sont capturés et accélérés par la vague au moment idéal.”

Premiers projets de recherche en vue

La technologie Awake en est encore aux premiers stades de développement. Cependant, à chaque étape vers le succès, les chances que cette technologie d’accélérateur soit réellement utilisée dans les décennies à venir augmentent. Les premières propositions de projets d’accélérateurs plus petits (par exemple pour étudier la structure fine des protons) doivent être faites dès 2024.

Selon Muggli, les avantages de la nouvelle technologie d’accélérateur – l’accélération du champ de sillage plasma – sont évidents: «Avec cette technologie, nous pouvons réduire la distance nécessaire pour accélérer les électrons jusqu’à l’énergie maximale d’un facteur 20. Les accélérateurs du futur pourraient donc être beaucoup plus petit. Cela signifie: moins d’espace, moins d’efforts et donc moins de coûts. “

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Max-Planck-Gesellschaft. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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