小型反物質加速器がサイズの限界を突破し、物理学の新たなフロンティアを開く

• 科学者たちは、既存の加速器よりも 1,000 倍小さい空間で反物質を加速する新しい方法を発見しました。 
• この技術は非常に効率的で安価であり、新しい物理学を詳細に研究するのに役立ちます。 

リニアック コヒーレント光源や大型ハドロン衝突型加速器などの施設の粒子加速器は、素粒子 (電子と陽子) を加速します。これらにより、科学者は、超対称理論によって予想される新しい粒子の探索やヒッグス粒子の特性の分析など、複数の物理理論をテストすることができます。

通常、これは加速された粒子を粉砕して、他のすべての粒子に質量を提供するより多くの素粒子を生成することによって行われます。 X 線レーザーを生成して、光合成などの小型で超高速のプロセスを画像化するために使用できます。

ただし、このような高速を達成するには、加速器は 2 Km を超えるコンポーネントを使用する必要があります。数年前、インペリアル カレッジ ロンドンの科学者たちは、長さわずか数メートルのコンポーネントを使用して電子を加速するシステムを開発しました。

現在、同じ大学の科学者が、長さわずか数センチメートルの系で、電子の反粒子である陽電子を加速する技術を発明しました。

小型陽電子加速器の利点

この新しい技術は、暗黒物質や暗黒エネルギーの特性を含む物理学のさらなる謎を調べるのに役立ち、シリコン チップや航空機のより高感度なテストを可能にする可能性があります。

このアプローチは、既存のレーザー技術の性質を使用してモデル化されており、約 25 平方メートルをカバーします。実証に成功すれば、世界中の多くの研究室が反物質の加速実験を実施できるようになる可能性があります。

研究者らによると、この新技術は陽電子加速のサイズとコストを大幅に削減できる可能性があるという。現在、同じ実験には大規模な物理設備が必要で、数千万ドルの費用がかかります。

リニアックコヒーレント光源や大型ハドロン衝突型加速器などの大規模施設で使用される戦略は、1960 年代初頭の発見以来、あまり改善されていません。これらは依然として高価であり、複雑すぎます。

一方、次世代の反物質加速器は効率が良く、小型で安価です。彼らは新しい物理学の研究に役立ち、より多くの研究室がこの取り組みに参加できるようになります。

参考文献:物理学。アクセル牧師。ビーム | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 |インペリアル・カレッジ・ロンドン

ヒッグス粒子の生成と材料の実験

この技術には、レーザーとプラズマを使用して反物質を生成、集中、加速してビームを生成することが含まれます。長さセンチメートルの加速器は、既存のレーザー技術を使用して、数千万の粒子を含む陽電子ビームを加速することができます。これらの粒子のエネルギー レベルは、2 km のスタンフォード加速器によって生成されるものと同じです。

より具体的には、研究者らは、Particle-In-Cell シミュレーションを使用して、既存のレーザーが数百 MeV pC の準単一エネルギー陽電子を加速できることを実証しました。

粒子加速技術は、2 つのレーザーとプラズマの相互作用ステージに基づいています。クレジット:Aakash A. Sahai

実際、ヒッグス粒子をより高い速度で生成できるため、科学者はその特性をより適切に分析できるようになります。また、超対称理論によって予想される新しい粒子を探すことで、素粒子物理学の標準モデルを説明するために使用することもできます。

実際の応用に関する限り、陽電子ビームは、航空機エンジンのブレード、本体、統合チップなど、さまざまな材料の故障や破損のリスクを分析できます。反物質は電子や X 線とは異なる方法でこのような物質と相互作用するため、品質管理プロセスにまったく新しい次元をもたらします。

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同様の技術でビームを生成した過去の経験に基づいて、研究者らは、実用的なプロトタイプが 2020 年までに利用可能になると確信しています。