В настоящее время наилучшим и наиболее доступным способом изучения различных субатомных частиц является разгон этих частиц в огромных ускорителях до максимально возможной скорости и энергии, и столкновение этих высокоэнергетических частиц друг с другом или с неподвижной мишенью, изготовленной из определенного вещества. Но физики из Национальной лаборатории линейных ускорителей (SLAC National Accelerator Laboratory) Стэнфордского университета утверждают, что они нашли еще один способ проникновения в тайны материи и антиматерии, который более прост и дешев, нежели традиционные способы.
Ученые, работающие в рамках эксперимента Advanced Accelerator Experimental Tests (FACET), интересуются процессами, которые происходят при столкновении двух лучей высокоэнергетических электронов, в результате чего эти электроны обращаются в позитроны, их антиподы со стороны антиматерии. Для того, чтобы найти ответы на накопившиеся вопросы, ученым потребуются линейные ускорители, длиной 10 километров и более, в которых будут использованы все традиционные ускорительные технологии.
Однако, исследователи FACET разработали способ увеличения энергии луча частиц на более коротком расстоянии, что дает им возможность изучения электронов и позитронов на ускорителях меньших размеров. Такой способ работает, когда ученые запускают концентрированное облако электронов в среду ионизированного газа, в плазму. Но эта плазма не является неподвижной, в ней искусственно создаются высокочастотные волны, энергия которых передается ускоряемым электронам. По сути, эти электроны представляют собой «серфингистов», движущихся на гребне плазменной волны.
Такая технология ускорения работает превосходно по отношению к электронам, но ускорить позитроны таким образом намного труднее. Каждое второе облако позитронов теряет свою форму, замедляется и рассеивается вместо того, чтобы «оседлать» плазменную волну и двигаться быстрее. Однако, исследователи FACET нашли решение этой проблемы, они научились формировать облака позитронов определенной формы и запускать их в недра плазменного ускорителя по одному, с заданным временным интервалом.
Новый способ ускорения позитронов дал очень хорошие результаты. «Во время тестов наш ускоритель выдал около 1 миллиарда позитронов, разогнанных до энергии в 5 ГэВ (миллиардов электронвольт). При этом, длина области ускорения была равна только 1.3 метрам» — рассказывает Себастьен Кор (Sebastien Corde), один из ученых-физиков, — «Это означает, что намного более компактные коллайдеры следующего поколения смогут разгонять частицы до больших энергий, нежели это могут сделать огромные существующие ускорители».
В настоящее время установка FACET является единственным средством, способным ускорять позитроны новым способом. Обычные коллайдеры безумно дороги, таким образом маловероятно, что в скором времени кто-нибудь решится на строительство нового огромного ускорителя. Но плазменно-волновой метод ускорения можно использовать не только для создания новых ускорителей, при помощи его можно вдохнуть «вторую жизнь» в уже существующие ускорители, которые после установки небольшого дополнительного участка смогут выйти на немыслимый ранее уровень мощности.
Источник:
