Radikálisan lecsökkenhet a részecskegyorsítók mérete

2023 / 07 / 29 / Bobák Zsófia
Radikálisan lecsökkenhet a részecskegyorsítók mérete
A CERN-ben épül az a részecskegyorsító, ami bizonyos szempontból ellentétes irányt képvisel a többi fejlesztés mellett a gyorsítóberendezések terén: az AWAKE sokkal rövidebb szakaszon ad annyi energiát az elektronoknak, ami más módszerekkel csak jóval hosszabb gyorsítókban lenne lehetséges.

A Nagy Hadronütköztető szupravezető mágnesekből álló gyűrűje a svájci-francia határnál, 100 méterrel a föld alatt mintegy 27 kilométer hosszúságban nyújtózik körbe, az utódjául készülő Future Circular Collider (FCC) pedig ennél is hosszabb, 100 kilométeres körütköztető lesz, amiben azokat a kísérleteket tudják majd folytatni a kutatók, amelyeket az LHC High Luminosity fázisában kezdenek meg hamarosan. Az FCC óriási méreteit a benne elvégzett vizsgálatok természete indokolja: ahhoz, hogy eddig nem látott, egzotikus részecskéket fedezzenek fel a kutatók vagy a fizika eddig megválaszolatlan kérdéseivel kapcsolatban több információt szerezzenek, egyre nagyobb és nagyobb energiával kell ütköztetni a részecskéket, amit a hosszú körgyűrűk segítenek elő.

A nagyobb energia azonban más módon is generálható, olyan módszerrel, amivel rövidebb gyorsítókban lehet elérni ugyanazt vagy még jobb hatást, mint a sok kilométeres berendezésekben. A CERN AWAKE kísérletében ilyen metódust fejlesztenek, méghozzá a világon egyedülálló módon protonsugarak használatával. Az AWAKE (Advanced Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment) lényege, hogy a plazmát közvetítőközegként alkalmazva egy sugárral gyorsítanak fel egy másikat, ami révén a részecskék extra energiát kapnak. A projekt vezetőjének, Edda Gschwendtner fizikusnak hasonlata szerint a folyamatot úgy kell elképzelni, mintha egy tavon áthaladó hajót és az általa keltett hullámok hátán szörföző embereket figyelnénk - a tó a plazmát reprezentálja, a hajó a protonsugarat, ami úgynevezett ébredő teret (wakefield) generál, a szörfösök pedig a plazmába injektált elektronok, amelyeket a "hullámok" gyorsítanak rendkívüli szintre.

Az első sugárhoz lehetséges más típusú impulzusokat is használni, például erős lézert vagy elektronsugarat, de a protonsugár a leghatásosabb, mivel a protonok nagy energiája miatt a sugár hosszú utat tud megtenni a plazmában és nagy energiát tud biztosítani az elektronoknak. A kísérletben a protonokat a CERN szuper protonszinkrotron berendezésével állítják elő, ami a komplexum második legnagyobb gyorsítója az LHC után: 7 kilométer hosszú és több kísérlethez is szolgáltatja a protonsugarakat.

Az AWAKE során használt módszer viszonylag újkeletűnek számít, tekintve, hogy a projekt terveit tíz éve, 2013-ban fogadták el és az első erős ébredő tereket (hullámokat), amelyeket a protonsugár keltett a plazmában, a 2016-os/2017-es kísérleti tesztfázis alatt figyelték meg a kutatók. 2018-ban sikerült elérni első ízben a több GeV (gigaelektronvolt) energiát az elektronok gyorsítása során és 2021-ben kezdődött az előkészületek és tesztek második fázisa, ami azóta is tart. Következő lépésként már nem csak a minél nagyobb energiaszint elérése a cél, hanem a protonsugarak minőségének megőrzése is és a kísérlet skálázhatóságának bizonyítása. Az adatgyűjtés újabb szakasza, immár egy újfajta és a korábbinál sűrűbb plazma típust alkalmazva, július 31-én indul, melynek során rubídiumot is használnak plazma gyanánt, aminek hőmérsékletét precízebben tudják kontrollálni. A berendezésben kétféle plazma található, amelyek sűrűsége eltér egymástól, ezzel is segítve az elektronok gyorsítását.

A mostani vizsgálatokban 10 méteres távon valósítják meg az elektronok "szörfözését" a kutatók, de a jövőben nagyobb berendezést is építenek. A cél azonban nem a sok tíz vagy száz kilométer hosszú gyorsító létrehozása, hanem éppen ellenkezőleg egy olyan kompakt, körülbelül 100 méteres eszköz megalkotása, ami a hosszabb gyorsítók teljesítményével vetekszik, miközben könnyebben kezelhető méretű marad. Az AWAKE-kel akár méterenként 1 GeV-ra vagy még többre gyorsíthatóak az elektronok, ami a hagyományos, például a Nagy Hadronütköztetőben alkalmazott technika teljesítményét (egy méterre vetítve) felülmúlja.

(Fotó: Maximilien Brice/CERN)


Továbbra is hódít a párját ritkító hungarikum, ami a jövő tudósait és művészeit adja a világnak
Továbbra is hódít a párját ritkító hungarikum, ami a jövő tudósait és művészeit adja a világnak
Az Országos Tudományos Diákköri Tanács (OTDT) által szervezett Országos Tudományos Diákköri Konferencia (OTDK) sok évtizedes hagyománya mára széles körű népszerűséget ért el, és fontos kiindulási pont lehet a hazai és határon túli tehetségek számára a jövőbeli karrierjük felé vezető úton. A 2025-ös, 37. konferencia előtt az OTDK céljáról és működéséről Prof. Dr. Szendrő Péter örökös elnök úrral és dr. Cziráki Szabinával, az OTDT titkárával beszélgettünk.
Mi történik, ha nehézvizet iszunk?
Mi történik, ha nehézvizet iszunk?
Miután a nehézvizet felfedezték, szinte rögtön meg is kóstolták.
Ezek is érdekelhetnek
HELLO, EZ ITT A
RAKÉTA
Kövess minket a Facebookon!
A jövő legizgalmasabb cikkeit találod nálunk!
Hírlevél feliratkozás

Ne maradj le a jövőről! Iratkozz fel a hírlevelünkre, és minden héten elküldjük neked a legfrissebb és legérdekesebb híreket a technológia és a tudomány világából.



This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.