ЦЕРН готви мини колайдер

Един от най-скъпите научни експерименти в света – Големият адронен колайдер – е открит едва преди седем години, но Европейската организация по ядрена енергия (ЦЕРН) вече е одобрила пускането на следващия вълнуващ проект.

Новият ускорител не може да се мери с мащабите на 27-километровия основен пръстен на Големия колайдер, но точно в това ще се заключава неговото преимущество.

В съществуващите колайдери за ускоряване на заредените частици се използват електрически полета, чиято посока се превключва с висока честота. Всяко превключване тласка частиците напред, като им придава допълнително ускорение.

Но пръстените на такива ускорители съдържат участъци с метални стени, в които при прекалено висока напрегнатост на полето настъпва електрически пробив. Това ограничение кара да се снижи силата на полето и да се строят дълги ускорителни пръстени, за да успеят адроните да наберат необходимата скорост преди сблъсък.

Първоначално ЦЕРН планирал към края на експлоатацията на Големия колайдер през 30-те години да пусне още по-голям колайдер. Но изчисленията показали, че съществуващият диаметър е близък до предела и превишаването му многократно ще увеличи стойността на проекта. Затова учените се обърнали към алтернативно решение, предложено още през 70-те години на миналия век.

Килватерното ускорение подразбира ускоряване на частици с помощта на поток електрони, протони или лазерни импулси, които, преминавайки през плазмата, карат електроните и протоните да се колебаят в килватерната следа на ускоряващите се частици.

Зад лъча или снопа се образуват вълни с колебаещ се заряд (положително и отрицателно заредените региони сменят местата си като вълна върху вода). Ако в необходимия момент в този „коридор“ се пуснат заредени частици, те подобно на сърфист ще се движат заедно с вълната, като постоянно получават допълнително ускорение. В резултат частиците получават по пътя 1000 пъти по-голямо ускорение.

Досега прототипи на плазмени ускорители са правени в няколко научни центъра. И ето че най-известната в света лаборатория за физика на високите енергии се готви да създаде собствена инсталация в рамките на проекта AWAKE (Advanced Wakefield Experiment).

Главната ѝ разлика от аналозите се заключава в това, че в нея за първи път ще бъдат използвани протони. Те са по-тежки от електроните, затова всеки импулс преодолява по-голямо разстояние през плазмата и създава по-дълъг зареден тунел, осигуряващ по-добро ускорение.

Освен това такова устройство ще бъде съвместимо с Големия колайдер, който също е настроен за работа с протони. Именно протонните снопове, генерирани от действащия колайдер, ще бъдат използвани в първите експерименти с прототипа.

Общите инвестиции за подготовката на концепцията AWAKE вече са надхвърлили 22 милиона долара. Първите тестове трябва да приключат до края на 2018 година, когато ЦЕРН ще затвори своите ускорители за преоборудване. Дотогава специалистите трябва да разберат може ли да преобразуват протонните лъчи в кратки импулси.

Във всеки случай получената в експериментите енергия няма да е достатъчна за създаването на плазмени вълни и в бъдеще новият инструмент ще трябва да генерира доста по-мощни потоци протони. Но размерите на тази инсталация ще бъдат многократно по-малки от съществуващите. При това енергията на електроните в плазмен ускорител с дължина само няколко километра може шест пъти да превъзхожда предвидените показатели на проектирания Международен линеен колайдер с дължина 31 километра, чието строителство се планира в Япония не по-рано от 2020 година.

Разбира се, до практическото използване на нови ускорители е още далече. Но много учени смятат, че рано или късно технологията ще получи разпространение не само за експерименти с елементарни частици.