Membro della collaborazione AWAKE, dell'Istituto Max Planck, l'esecuzione di test nel tunnel sotterraneo dell'esperimento. Credito:Maximilien Brice/CERN
La collaborazione AWAKE ha raggiunto un traguardo importante; nell'ultima settimana delle operazioni di accelerazione del CERN per il 2016, ha osservato una forte modulazione dei fasci di protoni ad alta energia nel plasma, segnalando la generazione di campi elettromagnetici molto forti. Questo è un passo significativo verso l'obiettivo di utilizzare la tecnica del wakefield al plasma guidato da protoni per accelerare gli elettroni.
L'Advanced Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment (AWAKE) è la prima struttura che studia l'uso di wakefield al plasma guidati da fasci di protoni per accelerare le particelle cariche.
"L'uso di fasci di protoni per guidare i wakefield è di particolare interesse a causa della grande energia trasportata dai fasci di protoni dagli acceleratori del CERN SPS e LHC, "dice Patrizio Muggli, Coordinatore di fisica AWAKE del CERN e del Max Planck Institute for Physics di Monaco di Baviera. "Consente fasi di accelerazione molto più lunghe rispetto ad altre tecniche, " precisa.
La struttura è stata messa in servizio con successo tra giugno e novembre e l'esperimento ha raccolto i suoi primi dati nell'ultima settimana di operazioni dell'acceleratore al CERN nel 2016.
L'esperimento AWAKE inietta un gruppo di protoni "motore" dall'acceleratore SPS del CERN in una colonna di plasma creata ionizzando un gas con un laser. Quando questo gruppo interagisce con il plasma, si divide in una serie di grappoli più piccoli, in un processo chiamato automodulazione. Mentre questi grappoli più corti si muovono attraverso il plasma, generano un forte wakefield. È il processo di automodulazione che il team di AWAKE ha osservato segnali di, e da cui può dedurre la creazione del wakefield.
Immagine che mostra la simulazione dell'interazione tra i fasci di protoni (punti rossi) e il wakefield del plasma (onde blu). Credito:Alexey Petrenko/CERN
Il prossimo passo, che AWAKE deve ancora dimostrare, consiste nell'iniettare un secondo fascio di elettroni, il raggio "testimone", nella giusta fase dietro il fascio di protoni. Questo raggio testimone "sente" il campo di veglia ed è accelerato, proprio come un surfista accelera cavalcando un'onda.
L'uso del plasma per accelerare le particelle è una potenziale alternativa ai tradizionali metodi di accelerazione che si basano su cavità elettromagnetiche a radiofrequenza. È noto da tempo che i plasmi sono in grado di supportare campi elettrici molto forti. La sfida per i ricercatori è capire il modo migliore per sfruttare questa capacità al fine di creare futuri acceleratori di particelle compatti e potenti a costi ragionevoli. I campi generati dai wakefield di plasma guidati da fasci di protoni potrebbero essere fino a due ordini di grandezza superiori ai campi ottenibili utilizzando cavità a radiofrequenza convenzionali.
"Aver osservato per la prima volta indicazioni di automodulazione del fascio di protoni, dopo pochi giorni di prove è un ottimo risultato. Dipende da un team molto motivato e dedicato, " sorride Edda Gschwendtner, Capo progetto CERN AWAKE e coordinatore tecnico.
"Ora abbiamo in programma di studiare questo processo in dettaglio nel 2017. Speriamo quindi di dimostrare l'accelerazione degli elettroni nella scia del gruppo di protoni, " aggiunge il portavoce di AWAKE, Allen Caldwell, dell'Istituto di Fisica Max Planck di Monaco di Baviera.
Questo entusiasmante sviluppo, il culmine di tre anni di intensa preparazione, apre una nuova era di sviluppo di acceleratori di particelle al CERN e in tutto il mondo.
