Super Smasher: Colliders ของอนุภาคอาจมีขนาดเล็กลงและมีประสิทธิภาพมากกว่า

{h1}

การเร่งความเร็ว wakefield ซึ่งเป็นวิธีใหม่ในการเพิ่มอิเล็กตรอนให้ใกล้เคียงกับความเร็วแสงสามารถปูทางให้กับอนุภาคขนาดเล็ก แต่ทรงพลัง

เลื่อนไปที่ Large Hadron Collider วันหนึ่งการตีอย่างแรงของอะตอมใหม่อาจทำให้อนุภาคกระแทกเข้าหากันด้วยระดับพลังงานสูงที่เหลือเชื่อกว่าวงแหวนใต้ดินขนาดใหญ่ใกล้เจนีวาสวิตเซอร์แลนด์

ระบบใหม่ที่เรียกว่าตัวเร่งเวคฟีลด์สามารถให้นักวิทยาศาสตร์สร้างอนุภาคขนาดเล็ก แต่ทรงพลังซึ่งสามารถเข้ากันได้กับทุกวิทยาเขตของมหาวิทยาลัย ในทางกลับกันก็สามารถทำให้เป็นไปได้ที่จะมองหาอนุภาคของอะตอมที่ยังไม่ทราบที่ซ่อนอยู่ในจักรวาล

คันเร่งใหม่ได้รับการอธิบายในวันนี้ (5 พ.ย. ) ในวารสาร Nature

อนุภาค colliders

สถานที่ตั้งที่อยู่เบื้องหลัง colliders ของอนุภาคทั้งหมดนั้นเป็นเรื่องหลอกลวง: ใช้อนุภาคของอะตอมย่อยเช่นโปรตอนหรืออิเล็กตรอนทำให้พวกมันชนเข้าด้วยกันด้วยความเร็วสูงอย่างไม่น่าเชื่อแล้วมองไปที่ซากปรักหักพังเพื่อดูว่าเกิดอะไรขึ้น Mark Hogan นักฟิสิกส์ที่ Stanford Linear Accelerator หรือ SLAC National Accelerator Laboratory ในเมนโลพาร์คแคลิฟอร์เนีย [รูปภาพ: ภายในห้องทดลองฟิสิกส์ชั้นนำของโลก]

แต่การเร่งโปรตอนหรืออิเล็กตรอนให้ใกล้กับความเร็วของแสงก็ไม่สามารถทำได้ง่าย เนื่องจากอนุภาคมีขนาดเล็กมากลำแสงของอนุภาคจึงต้องมีการโฟกัสอย่างไม่น่าเชื่อเพื่อให้แน่ใจว่ามีการชนกันมากพอที่จะตรวจจับอนุภาคที่หายวับไปและล้ำลึก

สนามไฟฟ้าที่แรงมากจะต้องดันอนุภาคให้มีความเร็วสูงขึ้นและสูงขึ้น ลำอนุภาคยังต้องการรันเวย์ที่ยาวมากของตัวเร่งความเร็วเชิงเส้นเพื่อรวบรวมความเร็วหรือพวกมันจะต้องงอรอบวงเวียนซ้ำ ๆ ซึ่งอาจทำให้อนุภาคสเปรย์ออกจากลำอิเล็กตรอนหรือโปรตอนทำให้ลำแสงโฟกัสแคบลง

หากต้องการค้นหาอนุภาคที่เข้าใจยากที่สุดเช่นอนุภาค Higgs boson ที่ตรวจพบในปี 2012 ที่ Large Hadron Collider (LHC) Colliders นั้นใหญ่ขึ้นและมีพลังมากขึ้น ไดรฟ์สำหรับ colliders ที่ใหญ่กว่านี้นำไปสู่การสร้าง LHC ซึ่งเป็นเครื่องจักรขนาดใหญ่บนชายแดนระหว่างสวิตเซอร์แลนด์และฝรั่งเศสโดยที่โปรตอนส่งเสียงวนรอบวงใต้ดิน 17 ไมล์ (27 กิโลเมตร) ก่อนที่จะชนกันในการชน ) พลังงาน ขณะนี้ LHC ปิดตัวลงเพื่อรับการอัปเกรดและมีกำหนดเปิดใหม่ในปีหน้าด้วยความสามารถในการสร้างการชนโดยใช้พลังงานประมาณสองเท่าเหมือนก่อนการอัพเกรด [Beyond Higgs: 5 อนุภาคที่เข้าใจยากที่อาจแฝงตัวอยู่ในจักรวาล]

แต่ด้วยเทคโนโลยีที่มีอยู่แล้วอนุภาคของคอลไลเดอร์จึงไม่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างไม่มีกำหนด

“ เรามีข้อ จำกัด เกี่ยวกับสิ่งที่เราสามารถสร้างขึ้นมาได้จริงในแง่ของขนาดและราคา” โฮแกนกล่าวกับ WordsSideKick.com

ขณะนี้ผู้ใช้งานสามารถใช้พลังงานได้มากเท่ากับโรงไฟฟ้าเทศบาลโฮแกนกล่าว ตัวอย่างเช่นองค์การเพื่อการวิจัยนิวเคลียร์แห่งยุโรป (CERN) ซึ่งดำเนินงาน LHC ใช้พลังงานมากพอที่จะวิ่งได้ประมาณ 300,000 หลังคาเรือน

ตัวเร่งพลาสมา

ดังนั้นโฮแกนและเพื่อนร่วมงานของเขาจึงเริ่มค้นหาวิธีเพิ่มพลังคอลไลเดอร์โดยไม่ต้องปรับขนาดและพลังอย่างมาก

ทีมสร้างพลาสมาลิเธียมก๊าซร้อนซึ่งส่วนใหญ่เป็นซุปอะตอมที่มีอิเล็กตรอนถูกถอดออก - ในห้องยาว 11.8 นิ้ว (30 เซนติเมตร)

จากนั้นทีมก็ยิงอิเล็กตรอนที่พุ่งโฟกัสอย่างแน่นหนาสองลำซึ่งเดินทางด้วยความเร็วแสงใกล้กับพลาสมา“ เหมือนปืนกลหนึ่งครั้ง” Michael Litos ผู้ร่วมเขียนการศึกษาซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ของ SLAC National Accelerator กล่าว ห้องปฏิบัติการ.

เนื่องจากอนุภาคที่มีประจุคล้ายกันผลักกันอิเล็กตรอนกลุ่มแรกจะผลักอิเล็กตรอนในพลาสมาออกไปในขณะที่ลิเธียมไอออนที่ใหญ่กว่านั้นมีขนาดใหญ่เกินกว่าจะเคลื่อนย้ายและอยู่กับที่ได้ ไอออนลิเธียมเหล่านี้จะดึงอิเลคตรอนพลาสมากลับสู่ตำแหน่งสร้างฟองอย่าง "ตื่นขึ้นมาบนเรือ" โฮแกนกล่าว การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนยังทำให้เกิดสนามไฟฟ้าขนาดใหญ่ภายในเวลาตื่น

อิเล็กตรอนกลุ่มที่สองเดินตามรอยแรกด้วยความกว้างของเส้นผมโดยเริ่มจากการแพ็คแรก โดยการวางตำแหน่งอิเล็กตรอนสองกลุ่มให้ถูกต้องพลังงานที่ใส่เข้าไปในพลาสมาโดยอิเล็กตรอนกลุ่มแรกจะถูกดูดออกจากสนามไฟฟ้าของพลาสมาโดยกลุ่มอิเล็กตรอนกลุ่มที่สองอย่างมีประสิทธิภาพ Litos กล่าว

เล็ก แต่ทรงพลัง

การสาธิตครั้งใหม่นี้เป็นเหตุการณ์สำคัญที่สำคัญโทมัสคัตซูลีสคณบดีโรงเรียนวิศวกรรมแพรตต์แห่งมหาวิทยาลัยดุ๊กกล่าวซึ่งไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาในปัจจุบัน

ในขณะที่การทดลองพลาสมาในช่วงต้นเพิ่มพลังงานของอิเล็กตรอนที่เร่งตัวขึ้นเป็นสองเท่า“ มีเพียงไม่กี่อนุภาคเท่านั้นที่เร่งพลังงานสูงสุดนี้และไม่มีลำแสงเร่งที่กำหนดชัดเจน” Katsouleas กล่าวกับ WordsSideKick.com

การทดลองในปัจจุบันประสบความสำเร็จในการเร่งอิเล็กตรอนกว่าครึ่งพันล้านอิเล็กตรอนและทำให้พวกมันโฟกัสอย่างแน่นหนา

ในอนาคตอิเล็กตรอนหลายกลุ่มสามารถถูกยิงผ่านสนามพลาสมาโดยแต่ละกลุ่มจะถ่ายโอนพลังงานไปยังอิเล็กตรอนที่อยู่ด้านหลัง กลยุทธ์ดังกล่าวสามารถปูทางไปสู่ผู้ที่มีอำนาจเด็ดขาดซึ่งจะเหมาะสมในห้องใต้ดินของโรงพยาบาลหรือมหาวิทยาลัยใด ๆ โฮแกนกล่าว

วิธีนี้ยังสามารถใช้ในการเพิ่มพลังให้กับ colliders แบบเดิมได้อีกด้วย

"เนื่องจากคลื่นพลาสม่าเร่งอิเล็กตรอนให้เร็วกว่าเครื่องเร่งอนุภาคหลักของ SLAC 500 เท่าผลที่ได้อาจเป็นการประกาศว่า 'พลาสมา afterburners' ขนาดกะทัดรัดรุ่นใหม่ที่สามารถเพิ่มพลังงานของเครื่องเร่งอนุภาคแบบธรรมดาและลดค่าใช้จ่ายที่พุ่งสูงขึ้นของเครื่องจักรฟิสิกส์พลังงานสูง ไมค์ดาวเนอร์นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่ออสตินเขียนในบทความประกอบในธรรมชาติ

ติดตาม Tia Ghose บน พูดเบาและรวดเร็ว และ . ติดตาม WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook และ Google+ เผยแพร่ครั้งแรกบน WordsSideKick.com


อาหารเสริมวิดีโอ: Inside The World's Largest Particle Accelerator.




การวิจัย


การทดลองวิทยาศาสตร์สำหรับเด็ก
การทดลองวิทยาศาสตร์สำหรับเด็ก

Joshua Lederberg
Joshua Lederberg

ข่าววิทยาศาสตร์


วาฬแห่งความประหลาดใจ: ฤดูหนาวหลังค่อมในแอนตาร์กติกา
วาฬแห่งความประหลาดใจ: ฤดูหนาวหลังค่อมในแอนตาร์กติกา

Ark Doomsday ทำงานอย่างไร
Ark Doomsday ทำงานอย่างไร

ทฤษฎียูเอฟโอ
ทฤษฎียูเอฟโอ

เผ่าพันธุ์มนุษย์ลึกลับอาจมีชีวิตอยู่ข้าง 'ลูซี่'
เผ่าพันธุ์มนุษย์ลึกลับอาจมีชีวิตอยู่ข้าง 'ลูซี่'

ทำไมเด็กถามทำไม
ทำไมเด็กถามทำไม


TH.WordsSideKick.com
สงวนลิขสิทธิ์!
การสืบพันธุ์ของวัสดุใด ๆ ที่ได้รับอนุญาต เพียง Prostanovkoy เชื่อมโยงไปยังเว็บไซต์ TH.WordsSideKick.com

© 2005–2020 TH.WordsSideKick.com