小型反物質加速器がサイズ限界を突破、新物理フロンティアを開く

• 科学者たちが既存加速器の1000分の1の空間で反物質を加速する新方法を発見。
• この技術はより効率的、安価で、新物理の詳細研究に貢献。

Linac Coherent Light SourceやLarge Hadron Colliderのような施設の粒子加速器は、基本粒子（電子と陽子）を高速化します。これらは超対称理論で予測される新粒子の探索やヒッグス粒子の特性分析など、物理学の多くの理論を検証することを可能にします。

通常、これは加速粒子を衝突させてより多くの基本粒子を生成し、他のすべての粒子に質量を与えることで行われます。超高速プロセス（光合成など）を撮像するX線レーザー生成にも使用できます。

しかし、このような高速を達成するには、加速器は2km以上の長さのコンポーネントを使用しなければなりません。数年前、Imperial College Londonの科学者たちが、わずか数メートルのコンポーネントで電子を加速するシステムを開発しました。

今、同大学の科学者が、わずか数センチメートル長のシステムで陽電子（電子の反粒子対応物）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

この新技術は、ダークマターとダークエネルギーの特性調査、シリコンチップと航空機のより感度の高いテストなど、物理学の更なる謎の解明に役立つ可能性があります。

このアプローチは、ほぼ25平方メートルをカバーする既存レーザー技術の性質を用いてモデル化されています。成功実証されれば、世界中の多数の研究室が反物質加速実験を行えるようになります。

研究者たちによると、この新技術は陽電子加速のサイズとコストを劇的に減らせます。現在、同じ実験には大規模物理施設が必要で、数千万ドルのコストがかかります。

Linac Coherent Light SourceやLarge Hadron Colliderのような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。依然として高価で複雑すぎます。

次世代反物質加速器は、効率的、小型、安価です。新物理の調査を支援し、より多くの研究室が取り組みに参加できるようになります。

参照：Phys. Rev. Accel. Beams | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 | Imperial College London

ヒッグス粒子生成と材料テスト

この技術は、レーザーとプラズマを使用して反物質を生成、集中、加速しビームを生成します。数センチメートル長の加速器は、既存レーザー技術を使用して数千万粒子の陽電子ビームを加速でき、これらの粒子のエネルギーレベルは2kmのStanford加速器で生成されるものと同等です。

より具体的には、研究者たちはParticle-In-Cellシミュレーションを使用し、既存レーザーが数百MeV pC準単色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段階レーザー-プラズマ相互作用に基づく | Credit: Aakash A. Sahai

実際、より高いレートでヒッグス粒子を生成でき、科学者たちがその特性をより良く分析できます。また、超対称理論で予測される新粒子を探すことで、素粒子物理学の標準模型を説明するためにも使用できます。

実用応用では、陽電子ビームは航空機エンジンブレード、ボディ、集積チップなど様々な材料の欠陥と破損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れら材料と相互作用するため、品質管理プロセスに全く新しい次元を提供します。

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類似技術でのビーム生成過去経験に基づき、研究者たちは2020年までに動作プロトタイプが利用可能になるとかなり確信しています。