El tamaño si importa en la física de las partículas: Cuanto más grande sea la máquina mayor es la probabilidad de encontrar párticulas que develen los misterios del mundo subatómico. Pero una nueva y revolucionaria tecnología podría hacer estos gigantescos aceleradores de partículas sean cosa del pasado. Mediante simulaciones, un equipo de físicos alemanes y rusos han desarollado una nueva técnica de aceleración de partículas denominada PWFA (Proton-driven plasma-wakefield acceleration) ...
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La técnica permitiría crear aceleradores de partículas de un tamaño mucho menor que los existentes hoy en día. El nombre de la técnica es algo así como Impulsamiento de Protones mediante la aceleración del plasma Wakefield ..
Traducción Googleana
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"Este podría ser un importante paso adelante", dice Allen Caldwell del Instituto Max Planck de Física de Munich, coautor del estudio, que apareció en Nature Physics domingo. "El sueño es que dará lugar a mucho más compacto - y, por tanto, mucho más barato - aceleradores de electrones."
El progreso en la física de las partículas depende de la potencia de los aceleradores de partículas, y como partícula colliders creciendo, el precio y los obstáculos burocráticos crecer con ellos. Gobierno bolsillos son cada vez más apretado - ambos en diciembre de los EE.UU. y el Reino Unido se retiraron del proyecto de $ 7 mil millones de Colisionador Lineal Internacional, la cual nunca podrá ser construido. Así que para continuar la búsqueda de respuestas a la física 'más preguntas - la materia oscura, las dimensiones extra, supersimetría - físicos puede tener que encontrar una forma fundamentalmente nueva para acelerar las partículas. Caldwell y sus colegas de protones impulsada por la esperanza PWFA allanará el camino.
Aceleradores de partículas gigante de trabajo por la rotura partículas subatómicas como los electrones o los protones, junto a altas energías. Esto transforma las partículas en energía, que luego se convierte de nuevo en cuestión, que potencialmente revelar nuevas partículas y avanzar en la comprensión de los antiguos. Durante el último medio siglo, aceleradores de partículas han probado a fondo la parte baja los niveles de energía. La próxima frontera es la tierra de la teraelectronvolt (TeV, o un millón de millones de electronvolts).
Sólo hay dos maneras para que los aceleradores para aumentar el poder: crear un fuerte campo eléctrico, o aumentar la distancia a la que se aceleran partículas. Ya hemos casi al máximo de la fuerza de los campos eléctricos que pueden ser contenidos sin la rasgadura de electrones fuera de las paredes y, esencialmente, la fusión de la parte interior del acelerador. La otra opción es crear cada vez mayores aceleradores.
La construcción de grandes aceleradores de protones, como los Tevatron del Fermilab en Illinois y el Large Hadron Collider en Europa, todavía es posible porque se puede acelerar los protones a muy altas energías en un círculo. Pero la mayor necesidad de energía de electrones lineal de pistas como la de la National Accelerator Laboratory SLAC o la propuesta de Colisionador Lineal Internacional.
Mientras que los aceleradores de protones son más poderosos a causa de la continua aceleración circular, aceleradores de electrones son importantes porque son más precisas. Aquí es donde plasma Wakefield aceleración puede ser capaz de ayudar.
Esta nueva clase de aceleración de las faldas de la cuestión del campo eléctrico mediante el uso de plasma - el gas en el que los electrones se han arrancado de sus núcleos. Esta sopa de gas ionizado puede manejar campos eléctricos alrededor de un millar de veces más fuerte que puede aceleradores convencionales, es decir, los aceleradores pueden ser mil veces más corto.
Plasmawakefield_acceleration En PWFA, bien repleto de racimos de los electrones se disparan en el plasma, como balas de una ametralladora, soplando el plasma de electrones de distancia en todas las direcciones dejando a los núcleos más pesados de plasma detrás. Estos núcleos cargados positivamente forma una burbuja de electrones libres de partículas de plasma detrás de la bala. Los electrones cargados negativamente son expulsados de nuevo arrastrado hacia la carga positiva burbuja.
Pero como broche de los electrones hacia la burbuja, que rebase su posición original. Por lo tanto, la partícula de bala deja una estela de mispositioned los electrones, creando un intenso campo eléctrico. Por andar en este paso, los electrones pueden llegar a muy altas energías en una muy corta distancia.
En 2007, una colaboración entre SLAC, UCLA, USC y el potencial demostrado PWFA: En un solo metro, que fueron capaces de impulsar electrones en SLAC zoom lineal de la pista al doble de lo que pueden lograr en todo el de dos millas de largo acelerador.
Pero esta estrategia también tiene sus límites. El máximo de energía de los electrones acelerados depende de la energía de la partícula racimos. SLAC actualmente produce el mayor consumo de energía de cualquier acelerador de electrones, a 50 gigaelectronvolts (GeV, o mil millones de electronvolts).
Por lo tanto, Caldwell y sus colegas decidieron dar plasma Wakefield aceleración un nuevo giro por la voladura de plasma con protones en lugar de electrones. Hoy en día los aceleradores de protones puede aportar a energías mucho más altas que las que pueden electrones. Protones en el Tevatron puede golpear 1 TeV (de ahí el nombre), y los que están en el LHC será siete veces más energía.
"Esta sería una herramienta para la transferencia de energía que los protones de los electrones, a través del plasma, en una sola etapa", dice Caldwell.
En una simulación numérica, el equipo utilizado de protones impulsada PWFA racimos para acelerar electrones hasta 500 GeV en 300 metros de plasma. Compare eso con la propuesta de $ 7 mil millones de Colisionador Lineal Internacional (CDI), que necesitará al menos nueve millas al golpear el mismo objetivo, y el acelerador lineal SLAC, que necesita 10 veces la distancia para llegar a una décima parte de la energía. La combinación de la nueva de protones impulsada por el LHC PWFA con el potente haz de protones, Caldwell dice que podría ser posible para acelerar electrones a varios TeV, a fin de que los físicos pueden tener su poder, y su precisión también.
"Espero poder seguir viendo estas ideas para desarrollar", dice Mark Hogan, miembro de la electrónica impulsado por el equipo de PWFA SLAC. "Todavía hay un montón de investigación y desarrollo necesarios para fomentar estas ideas. Sin embargo, en un futuro no muy lejano, podemos encontrar que las ideas de este tipo han transformado el campo de los aceleradores de partículas para el futuro las máquinas que son más pequeñas y asequibles a la sociedad. "
Por la aceleración de electrones protones impulsada PWFA está en sus primeras etapas teórico - este estudio es el primero en describir el concepto - y está lejos de verificación experimental. Quizás el mayor problema es la longitud del grupo de protones, que debe ser muy pequeño para permitir que los electrones, a rebasar y crear las Wakefield.
"Es muy fácil de hacer para manojos de electrones", dice el co-autor Frank Simon del Instituto Max Planck. "Pero colliders hadrones tienen manojos que se centímetros de longitud. Es necesario que los racimos son de un centenar de micrómetros de longitud. Todavía estamos buscando la manera de poner a prueba la idea con la tecnología actual."
A medida que los gobiernos ponen un estrangulamiento en el gasto, los avances en PWFA puede ser la mejor esperanza para el perfeccionamiento de los descubrimientos que se esperaba en el LHC.
"En el pasado, a apertura de fronteras nos ha permitido descubrir nuevas partículas y entender las fuerzas básicas", dice Caldwell. "Hoy en día, hay nuevas teorías en torno a que queremos probar que predicen nuevas partículas. Pero la razón básica es que sólo ver lo que hay allí".
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Como el propio artículo señala, en realidad no han sido los creadores del concepto. Otra cosa es que hayan realizado un avance importante (¡qué ya es!).
En cualquier caso, buen artículo.