Il plasma wakefield per i futuri acceleratori di particelle

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Il mini acceleratore del Cern ha superato il primo test. I fisici sono riusciti a portare un fascio di elettroni fino a un’energia di 2 gigaelettronvolt in soli 10 metri grazie all’onde di plasma e ai protoni

ACCELERARE elettroni ad alte energie in spazi ridotti grazie alle onde di plasma. È il sogno che i fisici delle particelle inseguono da tempo e che sta diventando sempre più concreto: pochi giorni fa al Cern di Ginevra un pionieristico mini acceleratore che sfrutta la tecnologia plasma wakefield (campo scia, ndr) acceleration ha superato il primo test.

In questa tecnica gli elettroni lavorano un po’ come surfisti che raggiungono velocità più alte dell’onda che stanno cavalcando. I risultati che questo metodo può garantire, come mostrarono nel 2014 i ricercatori del Centro d’Accelerazione Lineare di Stanford, sono sorprendenti, perché il fascio di elettroni riesce a raggiungere energie elevate su distanze molto più brevi rispetto ai tradizionali acceleratori di particelle.

wakefield
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I fisici del Cern, per dimostrare l’efficacia del plasma wakefield acceleration, hanno usato un approccio nuovo rispetto al passato: invece di utilizzare raggi laser per creare le onde di plasma necessarie, a Ginevra hanno dimostrato che anche i pacchetti di protoni possono indurre le onde e accelerare gli elettroni. Le conclusioni del test sono state pubblicate su Nature. L’esperimento Awake (Advanced Wakefield) del Cern ha usato protoni che di solito alimentano il Large Hadron Collider – l’acceleratore che ha permesso di scovare il Bosone di Higgs – per guidare un campo scia nel plasma su una distanza di 10 metri.

Il risultato? Gli elettroni sono stati accelerati fino a raggiungere un’energia di 2 gigaelettronvolt. “È la prima dimostrazione di un’accelerazione wakefield al plasma guidata da protoni – spiegano i ricercatori – ed è un passo significativo verso lo sviluppo dei futuri acceleratori di particelle ad alte energie”. L’uso del plasma wakefield potrebbe ridurre drasticamente le dimensioni degli acceleratori tradizionali, oggi necessarie per ottenere collisioni ad alte energie: Lhc, ad esempio, ha una circonferenza di 27 chilometri. E a dimensioni più contenute corrisponderebbero anche costi ridotti.

L'esperimento Awake (Credit Maximilien Brice/Julien Ordan/CERN)
L’esperimento Awake (Credit Maximilien Brice/Julien Ordan/CERN)

Il progetto Awake è stato approvato dal Cern cinque anni fa. I test ora continueranno fino alla fine del 2018, ma si guarda già al futuro. Una versione su scala più ampia dell’esperimento, alimentata dai protoni dall’anello principale di Lhc piuttosto che da quello a energia più bassa, potrebbe accelerare gli elettroni fino a diversi teraelettronvolt in pochi chilometri, ha detto a Nature Matthew Wing, fisico dell’University College London e vice portavoce dell’esperimento.

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