Миниатюрный ускоритель антиматерии разрушает ограничения по размерам и открывает новые границы физики

• Ученые нашли новый способ ускорить антивещество в пространстве, в тысячу раз меньшем, чем существующие ускорители. 
• Этот метод очень эффективен, недорог и поможет нам детально изучить новую физику. 

Ускорители частиц на таких установках, как Linac Coherent Light Source и Большой адронный коллайдер, ускоряют элементарные частицы (электроны и протоны). Они позволяют ученым проверять множество физических теорий, включая поиск новых частиц, ожидаемых суперсимметричными теориями, и анализ свойств бозона Хиггса.

Обычно это делается путем разрушения ускоренных частиц с образованием большего количества элементарных частиц, которые придают массу всем остальным частицам. Его можно использовать для создания рентгеновских лазеров для изображения небольших и сверхбыстрых процессов, таких как фотосинтез.

Однако для достижения таких высоких скоростей в ускорителе должны использоваться компоненты длиной более 2 км. Несколько лет назад ученые Имперского колледжа Лондона разработали систему, в которой для ускорения электронов используются компоненты длиной всего несколько метров.

Теперь учёный из того же университета изобрел метод ускорения позитронов — античастичного аналога электрона — в системе длиной всего несколько сантиметров.

Преимущества малого ускорителя позитронов

Этот новый метод может помочь изучить больше загадок физики, в том числе характеристики темной материи и темной энергии, а также обеспечить более чувствительные испытания кремниевых чипов и самолетов.

Подход был смоделирован с использованием существующих лазерных технологий, охватывающих почти 25 квадратных метров. В случае успешной демонстрации это могло бы позволить многочисленным лабораториям по всему миру проводить эксперименты по ускорению антивещества.

По мнению исследователей, эта новая технология может радикально уменьшить размер и стоимость ускорения позитронов. В настоящее время такой же эксперимент требует крупной физической установки и стоит десятки миллионов долларов.

Стратегии, используемые на крупных объектах, таких как источник когерентного света Linac и Большой адронный коллайдер, не претерпели значительных улучшений с момента их открытия в начале 1960-х годов. Они по-прежнему дороги и слишком сложны.

С другой стороны, ускорители антивещества следующего поколения эффективны, меньше и дешевле. Они помогут нам исследовать новую физику, что позволит еще большему количеству лабораторий присоединиться к этим усилиям.

Ссылка:Физ. Преподобный Аксель. Балки | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 | Имперский колледж Лондона

Получение бозона Хиггса и тестирование материалов

Этот метод предполагает использование лазеров и плазмы для создания, концентрации и ускорения антиматерии для генерации луча. Ускоритель длиной в сантиметры способен ускорять пучки позитронов с десятками миллионов частиц, используя существующие лазерные технологии. Энергетический уровень этих частиц такой же, как у тех, которые генерирует 2-километровый Стэнфордский ускоритель.

В частности, исследователи использовали моделирование «частицы в ячейках», чтобы продемонстрировать, что существующие лазеры могут ускорять квазимоноэнергетические позитроны с энергией в сотни МэВ.

Методика ускорения частиц основана на двух стадиях лазерно-плазменного взаимодействия | Фото: Аакаш А. Сахаи

Фактически, они могли бы генерировать бозон Хиггса с более высокой скоростью, что позволит ученым лучше анализировать его свойства. Кроме того, их можно использовать для объяснения Стандартной модели физики элементарных частиц путем поиска новых частиц, ожидаемых суперсимметричными теориями.

Что касается практического применения, позитронный луч может анализировать дефекты и риски разрушения в различных материалах, включая лопатки авиационных двигателей, корпуса и встроенные чипы. Поскольку антивещество взаимодействует с такими материалами иначе, чем с электронами или рентгеновскими лучами, они открывают совершенно новое измерение процесса контроля качества.

Читайте:Совершенно новая физика 21 века | Интересные теории

Основываясь на прошлом опыте генерации лучей с помощью аналогичной техники, исследователи вполне уверены, что рабочий прототип будет доступен к 2020 году.