Миниатюрный антиматеринный ускоритель пробивает пределы размеров, открывая новые физические фрифоны

• Ученые нашли новый способ ускорять антиматерию в тысячу раз меньшем пространстве, чем существующие ускорители.
• Техника намного эффективнее, дешевле и поможет изучить новую физику в деталях.

Частичные ускорители в таких объектах, как Linac Coherent Light Source и Большой адронный коллайдер, разгоняют элементарные частицы (электроны и протоны). Они позволяют ученым тестировать множественные теории физики, включая поиск новых частиц, предсказанных суперсимметричными теориями, и анализ свойств бозона Хиггса.

Обычно это делается путем столкновения ускоренных частиц для генерации более элементарных частиц, которые дают массу всем другим частицам. Это может использоваться для производства рентгеновских лазеров для визуализации малых и ультрабыстрых процессов, таких как фотосинтез.

Однако, для достижения таких высоких скоростей ускоритель должен использовать компоненты длиннее 2 км. Пару лет назад ученые из Имперского колледжа Лондона разработали систему, использующую только метровые компоненты для ускорения электронов.

Теперь ученый того же университета изобрел технику ускорения позитронов — античастицы-контрагента электрона — в системе, которая будет длиной всего в несколько сантиметров.

Преимущества малого позитронного ускорителя

Эта новая техника может помочь исследовать больше тайн физики, включая характеристики темной материи и темной энергии, и позволить более чувствительное тестирование кремниевых чипов и самолетов.

Подход смоделирован с использованием природы существующей лазерной технологии, покрывающей почти 25 квадратных метров. Если успешно продемонстрирована, она может позволить многочисленным лабораториям по всему миру проводить эксперименты по ускорению антиматерии.

По словам исследователей, эта новая технология может резко уменьшить размер, а также стоимость позитронного ускорения. В настоящее время тот же эксперимент требует крупных физических объектов и стоит десятки миллионов долларов.

Стратегии, используемые в крупных объектах, таких как Linac Coherent Light Source и Большой адронный коллайдер, не улучшались сильно с момента их открытия в начале 1960-х. Они все еще дорогие и слишком сложные.

Поколенные антиматеринные ускорители следующего поколения, с другой стороны, эффективны, меньше и дешевле. Они помогут нам исследовать новую физику, позволяя многим больше лабораториям присоединиться к усилиям.

Ссылка: Phys. Rev. Accel. Beams | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 | Имперский колледж Лондона

Генерация бозона Хиггса и тестирование материалов

Техника включает использование лазеров и плазмы для создания, концентрации и ускорения антиматерии для генерации пучка. Сантиметровый ускоритель способен ускорять пучки позитронов с десятками миллионов частиц, используя существующую лазерную технологию. Уровень энергии этих частиц такой же, как у генерируемых 2-километровым Стэнфордским ускорителем.

Более конкретно, исследователи использовали симуляции Particle-In-Cell для демонстрации, что существующие лазеры могут ускорять сотни МэВ пК квази-моноэнергетических позитронов.

Техника ускорения частиц основана на 2 стадиях лазерно-плазменного взаимодействия | Credit: Aakash A. Sahai

Фактически, они могли бы генерировать бозоны Хиггса с более высокой скоростью, позволяя ученым лучше анализировать их свойства. Также они могли бы использоваться для объяснения Стандартной модели физики частиц путем поиска новых частиц, предсказанных суперсимметричными теориями.

Что касается практических приложений, пучок позитронов может анализировать дефекты и риски трещин в разнообразных материалах, включая лопасти двигателей самолетов, корпуса и интегральные схемы. Поскольку антиматерия взаимодействует с такими материалами иначе, чем электроны или рентгеновские лучи, они предоставляют совершенно новое измерение процесса контроля качества.

Читайте также: Вся новая физика 21-го века | Интересные теории

Основываясь на прошлом опыте генерации пучков через похожую технику, исследователи довольно уверены, что рабочий прототип будет доступен к 2020 году.