Un train de paquets de protons courts traverse le champ de plasma, formant une onde sur laquelle les électrons peuvent être accélérés. Crédit :EVEILLEZ
L'avenir de l'accélération des particules a commencé. Awake est un concept prometteur pour une toute nouvelle méthode avec laquelle les particules peuvent être accélérées même sur de courtes distances. La base de ceci est une onde de plasma qui accélère les électrons et les amène ainsi à des énergies élevées. Une équipe dirigée par le Max Planck Institute for Physics rapporte aujourd'hui une percée dans ce contexte. Pour la première fois, ils ont pu chronométrer avec précision la production des micro-paquets de protons qui entraînent l'onde dans le plasma. Cela remplit une condition préalable importante pour l'utilisation de la technologie Awake pour les expériences de collision.
Comment crée-t-on une onde pour les électrons ? La substance porteuse pour cela est un plasma (c'est-à-dire, un gaz ionisé dans lequel les charges positives et négatives sont séparées). Diriger un faisceau de protons à travers le plasma crée une onde sur laquelle les électrons se déplacent et sont accélérés à des énergies élevées.
La source de protons d'Awake est l'anneau SPS du Cern, un pré-accélérateur pour l'anneau de 27 kilomètres de circonférence du Large Hadron Collider (LHC). Il produit des paquets de protons d'environ 10 cm de long. "Toutefois, afin de générer une onde plasma de grande amplitude, la longueur du paquet de protons doit être beaucoup plus courte, de l'ordre du millimètre, " explique Fabian Batsch, doctorat étudiant à l'Institut Max Planck de physique.
Les scientifiques profitent de l'automodulation, une interaction "naturelle" entre le bouquet et le plasma. "Dans le processus, le paquet de protons le plus long est divisé en micropaquets de protons à haute énergie de quelques millimètres de longueur seulement, construire la poutre du train, " dit Batsch. " Ce processus forme une onde de plasma, qui se propage avec le train voyageant à travers le champ de plasma."
Installation de l'expérience Awake au centre de recherche du Cern. Crédit :M. Brice/CERN
Une synchronisation précise permet une accélération idéale des électrons
Cependant, un champ stable et reproductible est nécessaire pour accélérer les électrons et les amener à entrer en collision. C'est exactement ce que l'équipe a trouvé une solution pour l'instant. "Si un champ électrique suffisamment grand est appliqué lorsque le long paquet de protons est injecté et que l'automodulation est ainsi immédiatement mise en mouvement."
"Comme le plasma se forme tout de suite, nous pouvons chronométrer exactement la phase des micro-paquets de protons courts, " dit Patric Muggli, chef du groupe de travail Awake à l'Institut Max Planck de physique. « Cela nous permet de donner le rythme au train. Ainsi, les électrons sont captés et accélérés par l'onde au moment idéal."
Premiers projets de recherche en vue
La technologie Awake en est encore aux premiers stades de développement. Cependant, à chaque pas vers le succès, les chances que cette technologie d'accélérateur soit réellement utilisée dans les décennies à venir augmentent. Les premières propositions de projets d'accélérateurs plus petits (par exemple, par exemple pour étudier la structure fine des protons) sont à réaliser dès 2024.
Selon Muggli, les avantages de la nouvelle technologie de l'accélérateur, l'accélération du champ de sillage plasma, sont évidents :« Avec cette technologie, on peut réduire d'un facteur 20 la distance nécessaire pour accélérer les électrons jusqu'à l'énergie de pointe. Les accélérateurs du futur pourraient donc être beaucoup plus petits. Cela signifie :moins d'espace, moins d'effort, et donc des coûts moindres."
