킬로미터 길이의 입자 가속기는 큰 과학을 적용 할 수 있지만 물리학 자 팀은 훨씬 작은 기계로 동일한 작업을 수행하는 데 중요한 단계를 밟았습니다. 이 팀은 플라즈마 웨이크 필드 가속기로 알려진 실험 유형의 가속기에서 전류를 올렸으며 정확하게 정의 된 에너지로 가속 된 강렬한 전자 빔을 효율적으로 생성 할 수 있음을 보여주었습니다. 많은 도전은 남아 있지만 일부 물리학 자들은 언젠가 그러한 계획이 훨씬 작은 입자 콜라이드를 만드는 데 사용될 수 있기를 희망합니다.
코넬 대학 (Cornell University)의 가속 물리학 자이자 명예 교수 인 제랄드 듀건 (Gerald Dugan)은“이것은 확실히 중요한 단계이다. "동시에 실용적인 기술을 개발하는 데 갈 길이 멀다".
입자 가속기는 많은 유형의 과학에 필수적인 도구입니다. 물리학 자들은 스위스의 27 킬로미터 길이의 큰 Hadron Collider와 같은 Atom Smashers에서 사용합니다. 재료 과학자와 구조 생물 학자들은 전자 가속기의 빔에 의해 방사 된 X- 선을 사용하여 샘플을 연구합니다. 가속기는 일반적으로 길이가 수백 또는 수천 미터이며 수억 달러가 소요됩니다.
기존의 가속기가 입자의 에너지를 너무 빨리 향상시킬 수 있기 때문입니다. 전자와 같은 하전 입자를 가속화하기 위해 물리학자는 방사선 주파수 (RF) 공동이라는 진공 챔버를 통해 묶음을 쏘고, 이는 방사선 파가 음파가있는 오르간 파이프 고리로 반영됩니다. 전자는 무선 파도를 서핑하여 에너지를 얻고 가속 속도는 파도 내 진동 전기장의 강도에 달려 있습니다. 그러나 그 분야가 얼마나 강한 지에 대한 한계가 있습니다. 너무 강한 경우, 캐비티의 금속 벽에서 전자를 찢어 내고 기계를 손상시킬 수있는 스파크를 생성합니다.
그 한도로 인해 고 에너지 가속기가 길어야합니다. 예를 들어, 많은 입자 물리학 자들은 500 기가엘 전자 볼트 (GEV)의 에너지에서 전자 빔을 포지 트론 빔으로 발사하기 위해 두 개의 반대 직선 선형 가속기를 사용하여 충돌기를 만들기를 희망합니다. 원하는 에너지에 도달하려면 일본에 건축 될 수있는 제안 된 국제 선형 콜라이더 (ILC)는 길이가 40km가되어야합니다.
그러나 또 다른 가능성이 있습니다. 물리학 자들은 혈장에서 RF 구멍을 포기하고 가속 분야를 수백 배 더 강하게 만들 수 있습니다. 가스는 원자가 전자와 이온으로 분리되도록 가스로 전달됩니다. 연구원들은 전자 또는 레이저 조명의 맥박을 플라즈마로 발사합니다. 그 "구동 무리"는 플라즈마의 음으로 하전 된 전자를 제외하고 쟁기질을하지만, 무거운 긍정적으로 하전 된 이온을 간신히 버린다. 따라서, 양전하의 기포가 열리면 혈장의 전자가 다시 흐르면서 음전하의 매듭이 이어집니다. 결과적으로 Drive Bunch 's Wake는 물이 더 빨라지는 스피드 보트와 같은 다른 전자를 가속화 할 수있는 거대한 전기장을 생성합니다.
7 년 전, 캘리포니아 멘로 파크에있는 SLAC National Accelerator Laboratory의 연구원들은 실험실의 유명한 3km 길이의 선형 가속기에서 리튬 혈장 챔버 챔버로 드라이브 전자를 촬영하여 매우 높은 에너지를 달성 할 수 있음을 보여주었습니다. 1 미터 미만의 경우, 혈장에서 85 geV의 에너지까지의 길 잃은 전자를 가속화했습니다. 그러나 몇 개의 전자 만 가속화되었고, 그들은 거의 모든 적용에 적합하지 않은 매우 광범위한 에너지를 가지고 나왔습니다.
.이제 SLAC 팀은 드라이브 무리 뒤 200 마이크로 미터에 특별히 맞춤형 전자를 배치하여 더욱 발전했습니다. 이 트릭을 관리하기 위해 팀은 이번 주에 Nature 에서보고 한 것처럼 실제로 SLAC의 선형 가속기에서 더 큰 드라이브 묶음과 작은 후행 무리로 나뉘 었습니다. . 가속화 된 전자의 수를 늘리는 것 외에도, 후행 묶음 자체는 깨어있는 전기장을 깎아서 모든 전자가 유사한 가속을 경험하여 에너지가 1%로 줄어 듭니다. 결정적으로, 무거운 후행 무리는 20 geV에서 36 센티미터 이상에서 22 GEV로 확대되면서 더 높은 효율로 드라이브 빔으로 손실 된 에너지를 흡수합니다. 이러한 효율성은 핵심 매개 변수이며, 달성 된 레벨 (18%)은 실용적인 가속기를 만드는 데 필요한 것과 가깝다고 Slac의 Mark Hogan은 말합니다.
노스 캐롤라이나 더럼에있는 듀크 대학교의 엔지니어이자 물리학자인 토마스 카 풀라 스는“이것은 큰 진전이다. 그는 에너지 확산과 효율성이 여전히 개선되어야한다고 그는 말했다. 그러나 우리는 2 배 정도의 계수를 말하고 있지만, 우리가 두 배의 규모에 대해 이야기하기 전에. "
.그럼에도 불구하고, 특히 전자 구동 시스템을 실질적으로 사용하는 데있어 많은 도전이 남아 있습니다. 레이저 구동 시스템은 잠재적으로 소형 X- 선 소스에 전원을 공급하는 데 사용될 수 있지만, SLAC의 것과 같은 전자 구동 시스템은 입자 물리학 용 콜라이더를 구축하는 데 적합 할 수 있습니다. 오스틴 텍사스 대학교의 물리학자인 마이클 다우 너 (Michael Downer)는 전자를 생산하기 위해 기존의 가속기가 여전히 필요하기 때문이라고 말했다. 제안 된 ILC의 에너지와 일치하기 위해, 물리학 자들은 수백 개의 혈장 세포를 연속으로 전자 무리를 통과해야한다고 Downer는 말했다.
더 중요한 것은 ILC와 같은 콜라더를 만들려면 SLAC 팀이 사용한 체계를 전자와 다르게 혈장과 상호 작용하는 포지 트론을 가속화하기 위해 사용한 계획을 수정해야합니다. Downer는 아무도 그렇게하는 방법을 모른다고 말합니다. 포지트론을 회복하는 것은 전자를 가속화하는 것보다 "약 10 배 더 어려운"정도입니다.
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