Gli scienziati, con la loro scoperta, hanno crea un “grosso problema”, perché potrebbe portare alla possibilità di realizzare acceleratori di particelle molto più piccoli ed economici rispetto a quelli su cui attualmente facciamo affidamento.

In questo momento, se si desidera installare un acceleratore di particelle Large Hadron Collider (LHC) nel “giardino sul retro DI CASA”, è necessario un tunnel di cemento lungo circa 27 chilometri e 5 miliardi di dollari.

Ma questo nuovo esperimento usa qualcosa di conosciuto come “accelerazione del wakefield al plasma ” e occupa solo 10 metri di spazio.

Il team dell’Advanced Proton Driven Wakefield Acceleration Experiment (AWAKE) al CERN di Ginevra ha lavorato per cinque anni per ottenere un risultato come questo, e anche se è ancora nelle prime fasi, questo potrebbe portare a un enorme miglioramento nel nostro modo di esaminare la fisica fondamentale del mondo. “I risultati mostrati qui sono un passo significativo verso lo sviluppo di futuri acceleratori di particelle ad alta energia”, affermano i ricercatori .

Ciò che accade negli acceleratori di particelle esistenti, come l’LHC, è che i campi elettrici oscillanti funzionano all’interno di contenuti vuoti chiamati cavità, creando due zone cariche opposte che eccitano i fasci di particelle fino a livelli di energia elevata.

Queste particelle possono quindi essere distrutte insieme e studiate in dettaglio per esaminare le particelle a livello subatomico. Tuttavia è necessaria una lunga serie di cavità, quindi ecco il motivo del tratto di 27 chilometri che compone il Large Hadron Collider.

Nella nuova tecnica, un raggio di protoni sparato attraverso il plasma super-caldo agisce un po ‘come una barca che solleva le onde, queste bolle di intensi campi elettrici che vengono creati, sono ciò che viene chiamato il wakefield.

Se un fascio di elettroni viene quindi inviato attraverso lo stesso contenitore e sincronizzato perfettamente con i campi elettrici, gli elettroni possono cavalcare queste onde ” come fossero surfisti”, raggiungendo alte velocità a breve distanza. In questo video che segue la responsabile del progetto AWAKE, Edda Gschwendtner, spiega il processo:

“Penso che presto potremo ottenere il fascio di elettroni ad altissima energia”, ha detto a Gizmodo uno dei membri del team, il fisico Matthew Wing dell’Università del college di Londra nel Regno Unito e portavoce di AWAKE .

I Wakefields non sono una nuova idea e sono stati oggetto di ricerche sin dagli anni ’70, ma questo è il primo esperimento per utilizzare con successo i protoni per il “raggio guida” iniziale, piuttosto che i laser o gli elettroni che vengono solitamente utilizzati.

Perché tutto funzioni, i protoni guida devono essere ottenuti dal Super Proton Synchrotron (SPS) del CERN,  un tunnel di 7 chilometri che fornisce anche l’LHC di protoni. Non siamo chiaramente nella fase in cui possiamo montare un acceleratore di particelle in un armadio, ma i segnali sono buoni.

In questo caso, nello spazio di 10 metri, gli elettroni sono stati accelerati a 2 GeV (giga elettron volt). Questo è molto meno degli acceleratori di elettroni esistenti, che possono produrre 6 GeV e ben oltre, il record attuale è 13 TeV, o 13.000 GeV, che è detenuto dal Large Hadron Collider. Tuttavia, le altre strutture sono lunghe almeno alcuni chilometri (e molto più lunghe nel caso del LHC).

Ora che l’accelerazione al wakefield del plasma ha dimostrato di funzionare, i passi successivi sono di perfezionare i processi coinvolti per renderli più efficienti e capaci di operare a livelli energetici più elevati. Questo potrebbe richiedere 5-10 anni, ma siamo ad un punto di arrivo. “Non vediamo l’ora di ottenere ulteriori risultati dal nostro esperimento per dimostrare la portata dei Wakefields al plasma come base per i futuri acceleratori di particelle”, afferma Gschwendtner .

La ricerca è stata pubblicata su Nature .