Физики близки к революции в создании ускорителей частиц — технология, разрабатываемая с 1970-х годов, может сократить размеры установок с километров до десятков метров при значительном снижении стоимости. Речь идёт о методе «плазменного ускорения», который использует волны в ионизированном газе для разгона электронов. Если традиционные системы, подобные Большому адронному коллайдеру (БАК), полагаются на электромагнитные поля в металлических камерах, склонных к пробоям при высоких энергиях, то плазменные модули выдерживают экстремальные нагрузки. Это позволяет достичь ускорения в 1000 раз сильнее на каждом сантиметре пути частиц.

Мини-ускоритель AWAKE от CERN, построенный для демонстрации плазменного кильватерного ускорения. Источник: Julien Marius Ordan / CERN / Science Photo Library

Принцип напоминает сёрфинг: электроны «скользят» по волне, созданной в плазме лазером или пучком частиц. Такая компактность открывает путь для лабораторий нового типа — там, где раньше требовались тоннели в несколько километров, хватит обычного помещения. Однако ключевые вызовы остаются: необходимо объединить множество плазменных камер для достижения высоких энергий, обеспечить стабильность пучков и научиться управлять позитронами — антиматериальными «двойниками» электронов, которые сложнее контролировать.

«Сейчас критический момент: мы переходим от экспериментов к созданию реальных установок», — отмечает Спенсер Гесснер из лаборатории SLAC (США), участвующий в проектировании прототипа. Международная группа учёных, включая специалистов Института физики Макса Планка (Германия), планирует за четыре года решить основные технические проблемы и выбрать оптимальный метод для демонстрационной машины, которую построят в течение десяти лет.

Николь Хартман, физик из Технического университета Мюнхена, подчёркивает: «Эта технология не только дешевле, но и гибче. Если бы я выбирала, куда вложить миллиард, это был бы очевидный выбор». Пока что плазменное ускорение не готово для замены БАК — следующий «завод по изучению бозона Хиггса» будет использовать традиционные подходы. Однако прогресс в этой области может сделать фундаментальные эксперименты доступнее, открыв новые горизонты в поиске частиц и изучении материи уже к середине века.

Подробнее на iXBT