Letter
プラズマ物理学：自動供給されるプラズマ航跡場中の陽電子の数ギガ電子ボルト加速
Nature 524, 7566 doi: 10.1038/nature14890
電気絶縁破壊によって、従来型の高周波加速器中の粒子が到達できる運動エネルギーの限界が決まる。より高いエネルギーを実現し、将来の粒子衝突型加速器をより小型化し手頃な価格にするには、新しい加速器の概念を開発しなければならない。プラズマ航跡場加速器（PWFA）はそのような概念の1つを具体化したもので、電子などの荷電粒子のバンチが励起するプラズマ航跡の電場を利用して、後に続く粒子バンチを加速する。電子–陽電子衝突型加速器にプラズマ加速を応用するには、電子とその反物質である陽電子の両方が、プラズマを使って高電場で効率よく加速されることが不可欠となる。電子バンチに駆動されたPWFAにおける電子の高電場高効率加速に関しては最近かなりの進展が報告されているが、そのような電子駆動航跡は、陽電子バンチの加速や集束には適切ではない。本論文では、プラズマ中に航跡を励起して、単一の陽電子バンチの前側にある粒子がそのエネルギーを同じバンチの後側の相当数の粒子へ移動させるPWFAの新しい方式を実証する。この過程では、加速場が変化する、すなわち「自動供給」されるため、約10億個の陽電子が、エネルギー広がりが狭い5 GeVのエネルギーをたった1.3 mの距離で獲得する。陽電子は航跡エネルギーの約30％を取り出し、エネルギーの2乗平均平方根の広がりが1.8％と狭い、スペクトルのはっきり異なるバンチを形成する。このように単一陽電子バンチ内で前側から後側へエネルギーを効率良く移動させ得ることから、このPWFA方式は電子–陽電子衝突型加速器のエネルギーブースターとして極めて魅力的になる。
