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Las nuevas instalaciones apuntan a reducir los aceleradores

octubre 25, 2018

El Laboratorio de Aceleradores Nacionales SLAC del Departamento de Energía ha comenzado a ensamblar una nueva instalación para las revolucionarias tecnologías de aceleradores que podrían hacer que los aceleradores futuros sean entre 100 y 1000 veces más pequeños y aumentar sus capacidades.

El proyecto es una actualización de la Instalación para Pruebas Experimentales de Acelerador Avanzado (FACET), una instalación de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE que funcionó de 2011 a 2016. FACET-II producirá haces de electrones altamente energéticos como su predecesor, pero con una calidad aún mejor . Estos haces se utilizarán principalmente para desarrollar técnicas de aceleración de plasma, que podrían conducir a colisionadores de partículas de próxima generación que mejoran nuestra comprensión de las partículas y fuerzas fundamentales de la naturaleza, y nuevos láseres de rayos X que nos proporcionan vistas incomparables de procesos ultrarrápidos en el atómico mundo a nuestro alrededor.

FACET-II será una instalación única que ayudará a mantener a los EE. UU. A la vanguardia de la ciencia del acelerador, dice Vitaly Yakimenko, director del proyecto de SLAC. “Sus rayos de alta calidad nos permitirán desarrollar nuevos métodos de aceleración. En particular, esos estudios nos acercarán a convertir la aceleración del plasma en aplicaciones científicas reales “.

El DOE aprobó el proyecto de $ 26 millones. La nueva instalación, que se espera que esté terminada para fines de 2019, también funcionará como una instalación para usuarios de Office of Science, una instalación patrocinada por el gobierno federal para investigación avanzada de aceleradores disponible en una base competitiva y revisada por pares para científicos de todo el mundo .

“Como una instalación nacional de usuario estratégicamente importante, FACET-II nos permitirá explorar la viabilidad y las aplicaciones de la tecnología de aceleración impulsada por plasma”, dice James Siegrist, director asociado del programa High Energy Physics de la Oficina de Ciencia del DOE, que administra acelerador de I + D en los EE. UU. para el desarrollo de aplicaciones en la ciencia y la sociedad. “Esperamos con ansia ver la ciencia pionera en esta área que promete FACET-II, con el potencial de una reducción significativa del tamaño y el costo de los futuros aceleradores, incluidos los láseres de electrones libres y los aceleradores médicos”.

Bruce Dunham, director de Accelerator Directorate de SLAC, dice: “Nuestro laboratorio fue construido con tecnología de acelerador y continúa impulsando innovaciones en el campo. Estamos emocionados de ver que FACET-II avanza “.

Surfeando en la estela de plasma

La nueva instalación se basará en los éxitos de FACET, donde los científicos ya demostraron que la técnica de plasma puede aumentar de manera muy eficiente la energía de los electrones y sus partículas de antimateria, los positrones. En este método, los investigadores envían un montón de partículas muy energéticas a través de un gas ionizado caliente, o plasma, creando una estela de plasma para que un grupo rastrero pueda “surfear” y obtener energía.

En los aceleradores convencionales, las partículas extraen energía de un campo de radiofrecuencia dentro de las estructuras metálicas. Sin embargo, estas estructuras solo pueden soportar un aumento de energía limitado por distancia antes de descomponerse. Por lo tanto, los aceleradores que generan energías muy altas se vuelven muy largos y muy costosos. El enfoque de wakefield de plasma promete abrir nuevos caminos. Los futuros aceleradores de plasma podrían, por ejemplo, desplegar la misma potencia de aceleración que el histórico acelerador de cobre de 2 millas de largo del SLAC en solo unos pocos metros.

Los investigadores utilizarán FACET-II para desarrollos cruciales antes de que los aceleradores de plasma puedan convertirse en realidad. “Necesitamos demostrar que podemos preservar la calidad del haz a medida que atraviesa el plasma”, dice Mark Hogan, científico del proyecto FACET-II de SLAC. “Los haces de alta calidad son un requisito absoluto para futuras aplicaciones en física de partículas y láser de rayos X”.

La instalación FACET-II actualmente está financiada para operar con electrones, pero su diseño permite agregar la capacidad de producir y acelerar positrones posteriormente, un paso que permitiría el desarrollo de colisionadores de partículas de electrones positrones basados ​​en plasma para experimentos de física de partículas.

Otro objetivo importante es el desarrollo de nuevas fuentes de electrones que podrían conducir a fuentes de luz de próxima generación, como los láseres de rayos X más brillantes que nunca. Estas potentes máquinas de descubrimiento proporcionan a los científicos vistas sin precedentes del mundo atómico en constante cambio y abren nuevas vías para la investigación en química, biología y ciencia de los materiales.

Otros objetivos científicos para FACET-II incluyen aceleradores de wakefield compactos que utilizan ciertos aislantes eléctricos en lugar de plasma, así como herramientas de diagnóstico y computación que medirán y simularán con precisión la física de los poderosos haces de electrones de la nueva instalación. Los objetivos de ciencia se están desarrollando con aportes regulares de la comunidad de usuarios FACET.

“La aprobación de FACET-II es un hito emocionante para la comunidad científica”, dice Chandrashekhar Joshi, investigador de la Universidad de California, Los Ángeles, y colaborador por mucho tiempo del equipo de aceleración de plasma de SLAC. “La instalación superará los límites de la ciencia del acelerador, descubrirá física nueva e inesperada y contribuirá sustancialmente al esfuerzo coordinado de la nación en I + D de acelerador avanzado”.

Nota del editor: este artículo se basa en un comunicado de prensa emitido por SLAC National Accelerator Laboratory.