Super Smasher: Particle Colliders Worden Kleiner En Krachtiger

{h1}

Wakefield-versnelling, een nieuwe methode om elektronen tot bijna-lichtsnelheid te stimuleren, zou de weg kunnen banen voor kleine maar krachtige deeltjes-botsers.

Beweeg over de Large Hadron Collider. Een nieuwe atom-smasher zou op een dag deeltjes in elkaar kunnen slaan met nog meer duizelingwekkend hoge energieniveaus dan de massale ondergrondse ring bij Genève, Zwitserland.

Het nieuwe systeem, een Wakefield-accelerator genoemd, zou wetenschappers in staat kunnen stellen om kleine maar krachtige deeltjesversnellers te maken die op elke universiteitscampus zouden kunnen passen. Dat zou het op zijn beurt mogelijk maken om te zoeken naar nog onbekende subatomaire deeltjes die op de loer liggen in het universum.

De nieuwe accelerator werd vandaag (5 november) beschreven in het tijdschrift Nature.

Particle colliders

Het uitgangspunt achter alle deeltjesbestrijders is bedrieglijk eenvoudig: neem een ​​hoop subatomaire deeltjes zoals protonen of elektronen, laat ze tegen elkaar op ongelooflijk hoge snelheden botsen, en kijk dan naar het wrak om te zien wat eruit komt, zei de co-auteur van het onderzoek Mark Hogan, een natuurkundige aan de Stanford Linear Accelerator of SLAC National Accelerator Laboratory in Menlo Park, Californië. [Afbeeldingen: Inside the World's Top Physics Labs]

Maar het versnellen van protonen of elektronen om de snelheid van het licht te benaderen is geen eenvoudige prestatie. Omdat de deeltjes zo klein zijn, moeten de deeltjesbundels ongelooflijk gefocust zijn om voldoende botsingen te garanderen om vluchtige, ultrarare deeltjes te detecteren.

Zeer sterke elektrische velden moeten de deeltjes naar hogere en hogere snelheden duwen. De deeltjesbundels hebben ook de zeer lange startbaan van een lineaire versneller nodig om snelheid te verzamelen, of ze moeten herhaaldelijk rond een cirkelvormige baan buigen, waardoor deeltjes uit de elektronen- of protonenbalken kunnen spuiten, waardoor de scherpe focus van de straal wordt verminderd.

Om de meest ongrijpbare deeltjes te vinden, zoals het Higgs-deeltje dat in 2012 werd gedetecteerd bij de Large Hadron Collider (LHC), zijn botsers groter geworden en hebben ze meer kracht opgeslokt. Deze opmars naar steeds grotere botsers leidde tot de bouw van de LHC, een massieve machine op de grens tussen Zwitserland en Frankrijk, waar protonen rondzeulen rond een 27 kilometer lange ondergrondse lus voordat ze crashten in botsingen die 8 teraelectron volt genereren (TeV ) van energie. De LHC is momenteel gesloten voor een upgrade en is gepland om volgend jaar te heropenen met de mogelijkheid om botsingen te genereren met ongeveer twee keer zoveel energie als voor de upgrade. [Beyond Higgs: 5 ongrijpbare deeltjes die zich in het heelal kunnen bevinden]

Maar met bestaande technologie kunnen deeltjesbestrijders niet eindeloos krachtiger worden.

"We hebben een limiet bereikt voor wat we ons realistisch kunnen veroorloven om te bouwen in termen van grootte en kosten," vertelde Hogan aan WordsSideKick.com.

Colliders kunnen nu evenveel energie gebruiken als gemeentelijke elektriciteitscentrales, zei Hogan. De Europese organisatie voor nucleair onderzoek (CERN), die de LHC runt, gebruikt bijvoorbeeld voldoende stroom om ongeveer 300.000 huizen te exploiteren.

Plasma-versneller

Dus gingen Hogan en zijn collega's op zoek naar een manier om de energie van de rijder te stimuleren zonder dramatisch op te schalen in kracht en grootte.

Het team creëerde een plasma van heet lithiumgas - in wezen een soep van atomen met elektronen die waren afgestroopt - in een 11,8-centimeter lange (30 centimeter) kamer.

Het team schoot vervolgens twee bursts van strak gefocusseerde elektronen die met bijna de snelheid van het licht het plasma binnen reisten, "als een machinegeweer, de een na de ander", zei medestichter Michael Litos, die ook natuurkundige is bij de SLAC National Accelerator. Laboratorium.

Omdat deeltjes van dezelfde lading elkaar afstoten, duwt de eerste bundel elektronen de elektronen in het plasma uit de weg, terwijl de grotere lithiumionen te massief zijn om te bewegen en op hun plaats te blijven. Deze lithiumionen trekken vervolgens de plasma-elektronen terug op hun plaats, waardoor een bel ontstaat zoals het "wakker worden rond een boot", zei Hogan. De beweging van elektronen genereert ook een enorm elektrisch veld in de kielzog.

De tweede groep elektronen volgt de eerste met slechts een haarbreedte, in essentie surfen op het kielzog van de eerste verpakking. Door de twee bundels elektronen precies goed te plaatsen, wordt de energie die door de eerste bundel elektronen in het plasma wordt gestuwd, efficiënt uit het elektrische veld van het plasma weggezogen door de tweede groep elektronen, zei Litos.

Klein maar krachtig

De nieuwe demonstratie is een belangrijke mijlpaal, zei Thomas Katsouleas, de decaan van de Pratt School of Engineering van Duke University, die niet betrokken was bij de huidige studie.

Terwijl vroege plasma-experimenten de energie van het versnellen van elektronen verdubbelden, "werden slechts een paar deeltjes versneld tot deze maximale energie en er was geen goed gedefinieerde versnelde straal", vertelde Katsouleas WordsSideKick.com.

Het huidige experiment versnelde met succes een half miljard elektronen en hield ze scherp gericht.

In de toekomst kunnen meerdere trossen elektronen door een plasmaveld worden geschoten, waarbij elke bundel energie overdraagt ​​naar de elektronen erachter. Die strategie zou de weg kunnen banen naar willekeurig machtige botsers die in de kelder van een ziekenhuis of universiteit zouden passen, zei Hogan.

De methode kan ook worden gebruikt om conventionele colliders op te laden.

"Omdat de plasmagolf 500 keer sneller elektronen versnelde dan SLAC's belangrijkste deeltjesversneller, zou het resultaat een nieuwe generatie van compacte 'plasma-naverbranders' inluiden die de energie van conventionele deeltjesversnellers zou kunnen stimuleren en mogelijk de torenhoge kosten van hoogenergetische fysica machines zou kunnen verminderen, "Mike Downer, een natuurkundige aan de Universiteit van Texas in Austin, schreef in een begeleidend artikel in Nature.

Volg Tia Ghose op tjilpen en Google+. Volg WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




Onderzoek


Space Bots & Android Waste Collectors: What'S Ahead For Robotics
Space Bots & Android Waste Collectors: What'S Ahead For Robotics

Schokkend!
Schokkend! "Electric Eel" -Vezels Kunnen Draagbare Technologie Aan

Science Nieuws


Waarom Kunnen Sommige Mensen Kleuren 'Horen'?
Waarom Kunnen Sommige Mensen Kleuren 'Horen'?

Hoe Cruise Missiles Werkt
Hoe Cruise Missiles Werkt

Er Is Geen Goede Verklaring Voor Waarom Ozonafgevende Cfk'S Terug Zijn
Er Is Geen Goede Verklaring Voor Waarom Ozonafgevende Cfk'S Terug Zijn

Star Qb Peyton Manning'S Stamcelbehandeling Hoogtepunten Probleem Van Medisch Toerisme
Star Qb Peyton Manning'S Stamcelbehandeling Hoogtepunten Probleem Van Medisch Toerisme

Waarom Jongens Niet Na Het Sporten Mogen Drinken
Waarom Jongens Niet Na Het Sporten Mogen Drinken


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com