可能改变粒子物理学未来的机器的首次测试

您可能知道粒子物理实验非常庞大。大型强子对撞机直径约 5 英里，大到足以绕一些城镇一圈。斯坦福的线性加速器长 2 英里。科学家们希望一项新实验能制造出体积小得多但仍然非常强大的加速器。

欧洲核子研究中心的科学家昨天在 AWAKE 实验中进行了部分初期测试，这是一种新型加速器，其概念可能能够将粒子物理实验的规模缩小百分之一甚至更多。

大型强子对撞机等对撞机有很多部件，但通常需要一个地方来存储粒子，一个地方将它们加速到极高的速度，一个地方将它们撞在一起或撞向其他物体，以及一个地方来观察爆炸产生的所有粒子碎片。加速的一部分需要通过一系列交变电场来推动粒子。为了让粒子更快，科学家们建立了更长的实验，而不是更强大的实验。AWAKE 实验，也称为“质子驱动等离子体尾场加速实验”，将使用一种全新的方法，让粒子在更短的时间内以更快的速度运行。

AWAKE 的秘密来自于尾流场加速，这一概念最早在 20 世纪 70 年代才被提出，但当时的技术难度太大，项目负责人 Edda Gschwendtner 告诉《大众科学》。它的工作原理如下：

首先，来自欧洲核子研究中心质子加速器超级质子同步加速器的一束质子将穿过等离子体场。等离子体中的电子带负电，因此它们会飞向带正电的质子束。不过，到那时，质子已经飞走了，所以电子会继续飞行。不过，电子会在没有正电的等离子体的情况下被拉回原来的地方。这个过程持续下去，就会形成波浪。根据《自然》杂志上发表的一篇文章，如果你将另一个电子放入波浪中，它就会随之冲浪，以避免其他带负电的电子坠落，从而使我们的冲浪者在尾流场中加速非常快，比传统方法快一千倍。

“这将使加速器变得更小，”格施文特纳说。“如果你现在制造一台直线对撞机，它的长度大约是 50 公里。”

如今，物理学家们刚刚将质子束通过主光束线送往实验现场，这是让一切正常运转的先决条件。目前还没有等离子体或加速电子——这可能要到 2018 年才会出现。AWAKE 只是一个概念验证，是生产尾流场加速器的早期尝试。美国的斯坦福线性加速器实验室和布鲁克海文国家实验室也在研究类似的概念，但 AWAKE 是唯一一个由质子产生波的加速器，它可以生产更强大的尾流场加速器。根据欧洲核子研究中心的一份新闻稿，有朝一日，我们甚至可能看到桌面大小的强大粒子加速器，但它们可能不会使用质子来产生波，因为基于质子的加速器用于更重型的实验。

无论如何，几十年内我们都不可能在粒子物理实验中看到这种加速器，格施文特纳说。但桌面粒子物理实验的想法将让我们拭目以待。