De AWAKE-samenwerking heeft een belangrijke mijlpaal bereikt; in de laatste week van de acceleratoroperaties van CERN voor 2016, het heeft sterke modulatie waargenomen van hoogenergetische protonenbundels in plasma, signalering van de opwekking van zeer sterke elektromagnetische velden. Dit is een belangrijke stap in de richting van het doel om de door protonen aangedreven plasma-wakefield-techniek te gebruiken om elektronen te versnellen.

Het Advanced Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment (AWAKE) is de eerste faciliteit die het gebruik van plasma-wakefields, aangedreven door protonenbundels, onderzoekt om geladen deeltjes te versnellen.

"Het gebruik van protonenbundels om wakefields aan te drijven is van bijzonder belang vanwege de grote energie die wordt gedragen door de protonenbundels van de CERN SPS- en LHC-versnellers, " zegt Patric Muggli, AWAKE natuurkundecoördinator van CERN en het Max Planck Instituut voor Natuurkunde in München. "Het maakt veel langere acceleratiefasen mogelijk dan voor andere technieken, " hij maakt duidelijk.

De faciliteit werd tussen juni en november met succes in gebruik genomen en het experiment leverde de eerste gegevens op in de laatste week van de versnelleroperaties bij CERN in 2016.

Het AWAKE-experiment injecteert een "aangedreven" stel protonen van de SPS-versneller van CERN in een plasmakolom die is gemaakt door een gas te ioniseren met een laser. Wanneer deze groep in wisselwerking staat met het plasma, het splitst zich in een reeks kleinere trossen, in een proces dat zelfmodulatie wordt genoemd. Terwijl deze kortere trossen door het plasma bewegen, ze genereren een sterk wakefield. Het is het proces van zelfmodulatie waarvan het AWAKE-team signalen heeft waargenomen van:en waaruit het de oprichting van het wakefield kan afleiden.

De volgende stap, die AWAKE nog moet aantonen, is om een ​​tweede bundel elektronen te injecteren, de "getuigen"-straal, in de juiste fase achter de protonenbundel. Deze getuigenstraal "voelt" het wakefield en wordt versneld, net zoals een surfer versnelt door op een golf te rijden.

Het gebruik van plasma om deeltjes te versnellen is een potentieel alternatief voor traditionele versnellingsmethoden die afhankelijk zijn van radiofrequente elektromagnetische holtes. Het is al lang bekend dat plasma's zeer sterke elektrische velden kunnen ondersteunen. De uitdaging voor onderzoekers is om de beste manier te begrijpen om van deze mogelijkheid te profiteren om toekomstige compacte en krachtige deeltjesversnellers tegen redelijke kosten te creëren. De velden die worden gegenereerd door plasma-wakefields die worden aangedreven door protonenbundels, kunnen tot twee ordes van grootte hoger zijn dan velden die haalbaar zijn met conventionele radiofrequentieholtes.

"Om voor het eerst indicaties te hebben waargenomen van zelfmodulatie van protonenbundels, na slechts een paar dagen testen is een uitstekende prestatie. Het komt door een zeer gemotiveerd en toegewijd team, " grijnst Edda Gschwendtner, CERN AWAKE projectleider en technisch coördinator.

"We zijn nu van plan om dit proces in 2017 in detail te bestuderen. We hopen dan de versnelling van elektronen aan te tonen in het kielzog van de protonenbundel, " voegt de AWAKE-woordvoerder toe, Allen Caldwell, van het Max Planck Instituut voor Natuurkunde in München.

Deze spannende ontwikkeling, het hoogtepunt van drie jaar intensieve voorbereiding, opent een nieuw tijdperk van de ontwikkeling van deeltjesversnellers bij CERN en wereldwijd.