우주의 기본 구성 요소 인 아 원자 입자를 연구하고 상호 작용 방식을 배우려는 물리학 자들에게 입자 가속기 (입자 속도를 높이고 입자에 에너지를 공급하고 충돌을 유발하는 거대한 장치)는 정말 중요한 도구입니다. 가속기를 산만 한 크기의 현미경으로 상상해보십시오. 현존하는 가장 작은 것을 연구 할 수 있습니다.
"가속기는 최고의 현미경"이라고 캘리포니아 멘로 파크 에있는 SLAC 국립 가속기 연구소 의 물리학자인 Mark J. Hogan 은 이메일에서 설명합니다. "그들의 분해능은 입자 빔의 에너지에 비례합니다. 에너지 프런티어에서 작동하는 현재의 기계는 인간 공학의 기념비입니다.이 기계는 수십 킬로미터 크기이지만 인간의 머리카락 직경의 일부까지 빔을 제어합니다. "
그렇기 때문에 가속기를 사용하면 더 큰 것이 항상 더 좋습니다. 당신이 캐주얼 한 과학 애호가라면 아마도 그들 모두의 큰 아빠 가속기 , 스위스 제네바 근처의 유럽 입자 물리학 실험실 인 CERN의 LHC ( Large Hadron Collider )에 대해 들어 보셨을 것 입니다. 아마도 지금까지 만들어진 가장 복잡한 기계 인 LHC에는 입자를 가속하는 데 사용하는 27.35km (17 마일)의 거대한 트랙이 있습니다. 과학자들은 2012 년에 LHC를 사용하여 다른 입자가 질량을 갖는 이유와 사물이 결합 하는 이유 를 설명 하는 데 도움이되는 입자 인 Higgs Boson 을 관찰했습니다 .
작고 저렴함
하지만 정말 큰 입자 가속기의 한 가지 문제는 엄청나게 비싸고 엄청난 양의 전기를 소비한다는 것입니다. 예를 들어, LHC 는 구축하는 데 41 억 달러가 들었습니다 . 그래서 물리학 자들이 정말로 원하는 것은 그다지 거대하고 비용이 많이 들지 않는 일을 완수하는 방법입니다.
그렇기 때문에 CERN 연구진이 양성자 구동 플라즈마 웨이크 필드 가속을 통해 전자를 고 에너지로 가속하는 새로운 방법을 성공적으로 테스트 했다는 소식에 대해 너무나 흥분된 것입니다. 이 방법 은 강력한 양성자 덩어리를 사용하여 이온화 된 원자 수프 인 플라즈마 에서 파동을 생성 하는 것입니다. 그런 다음 전자는 마치 아 원자 규모의 서퍼 인 것처럼 파도를 타고 가속합니다.
5 월에 진행된 AWAKE (Advanced Wakefield Experiment) 테스트 에서 CERN 연구원은 이 방법 을 사용하여 전자를 10 미터 (32.8 피트) 거리에 걸쳐 2 기가 전자 볼트 (GeV)의 에너지로 가속 할 수있었습니다.
다음은 CERN AWAKE의 프로젝트 리더 인 Edda Gschwendtner 가 가속기의 개념과 단백질 구동 혈장 웨이크 필드 가속기가 왜 그렇게 중요한 돌파구인지 설명 하는 비디오입니다 .
다른 연구자들은 CERN의 성과를 환영했습니다. "이 기술은 CERN의 시설이 고정 된 표적 또는 양성자 빔과 충돌 할 수있는 고 에너지 전자를 생성하는 새로운 컴팩트 한 방법을 제공하여 입자 물리학 자들이 기본 입자와 상호 작용을 제어하는 힘을 이해하는 새로운 도구를 만들 수있게합니다." 호건이 말한다.
UCLA의 가속기 및 빔 역학 교수 인 James Rosenzweig 는 "이 결과는 플라즈마 웨이크 필드 가속을 기반으로 한 소형 1 TeV 전자 가속기로의 경로를 열 수 있다는 점에서 고 에너지 물리학의 미래에 중요합니다."라고 설명합니다. 대학의 입자 빔 물리학 연구실 . "물리적 원리를 도입하는 관점에서 본 실험은 첫 번째 실험입니다. 양성자 빔에 의해 여기 된 플라즈마 웨이크 필드를 도입합니다.
"플라즈마 가속기에서 발견되는 주요 이점은 지원할 수있는 큰 가속 전기장에서 발견됩니다. 기존 가속기보다 최대 1,000 배 더 큽니다. 원칙적으로 양성자를 사용하면 가속에 사용할 수있는 총 에너지가 훨씬 더 큰 빔을 사용할 수 있습니다."Rosenzweig 이메일을 통해 말합니다.
SLAC의 Hogan 팀은 다른 전자가 탈 수있는 파동을 생성하기 위해 플라즈마에 삽입 된 전자 다발에 의존하는 다른 플라즈마 웨이크 필드 가속 방법을 개발했습니다. 그러나 어떤 방법을 사용하든 플라즈마는 기존 가속기의 제약을 극복 할 수있는 방법을 제공합니다.
Hogan은 "모든 정밀도와 성공을 통해 이러한 기계는 사회가 감당할 수있는 크기와 비용의 한계에 접근하고 있습니다."라고 말합니다. "전자를 가속하는 기계의 경우 크기는 입자에 에너지를 추가 할 수있는 최대 속도와 관련이 있습니다. 금속 구조가있는 기존 기술을 사용하면 필드가 너무 커져서 재료가 아래로 부서지기 때문에이 속도를 더 높일 수 없습니다. 이온화 된 가스 인 플라즈마는 이미 분해되어 훨씬 더 큰 필드를 지원할 수 있으며 적절하게 조작되면 훨씬 더 큰 속도로 입자 빔에 에너지를 추가 할 수 있으므로 원칙적으로 더 작은 공간에서 에너지 프론티어에 도달 할 수 있습니다.
Hogan은 "많은 그룹이 플라즈마를 사용하여 에너지가 많은 전자 다발을 만들 수 있음을 보여주었습니다."라고 말합니다. "차세대 연구의 대부분은 기존 기술과 동등한 품질과 안정성을 가진 빔을 동시에 만드는 동시에 우리가이를 수행 할 수 있음을 입증하는 데 초점을 맞추고 있습니다. 다른 연구 문제는 여러 연속 된 플라즈마 셀을 연속적으로 연결하여 매우 도달하는 방법을 생각하고 있습니다. 플라즈마의 전자와 동등한 반물질 인 양전자를 가속화하는 방법을 이해하는 데 추가적인 과제가 있습니다. SLAC의 동료를 포함한 많은 그룹은 새로운 과학 기기의 문을 여는 우수한 품질의 고 에너지 빔을 개발하기를 희망합니다. 향후 10 년 및 그 이후에. "
AWAKE 대변인은 Science 매거진 에 연구원들이 입자 물리학 연구에 사용될 수있는 수준까지 향후 5 년 동안 기술을 개발하기를 희망 한다고 말했습니다 .
이제 흥미 롭 네요
유럽 연합의 Horizon 잡지가 자세히 설명 했듯이 과학자들은 LHC 크기의 3 배인 기존 입자 가속기를 구축 할 계획을 세웠습니다. 이 장치는 천만 번에 해당하는 번개로 입자에 에너지를 공급하여 입자를 함께 분쇄 할 수 있습니다.
