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加速器研究にやってきた最高の波

Nature ダイジェスト Vol. 12 No. 2 | doi : 10.1038/ndigest.2015.150233

原文:Nature (2014-11-06) | doi: 10.1038/515040a | Surf’s up at SLAC

Mike Downer & Rafal Zgadzaj

「プラズマ・アフターバーナー」と呼ばれる、わずか30cm長の小型加速器を使って、従来の巨大な加速器の500倍の効率で電子を加速することができた。この研究結果は、低コストの加速器の開発につながる可能性がある。

図1:従来の加速器とプラズマ加速器
Litosらが使った新しい先進加速器試験施設(FACET)は、20GeVの電子バンチを、前後に並んだ2つのバンチに分ける2。それぞれのバンチは独立して制御可能で、先導する駆動バンチは、長さ30cmのプラズマ容器内で新たなミクロの加速器を作る(写真)。つまり、駆動バンチは、ボートが水面に航跡を作るように、電離したガスの中に電荷密度波を作り出す。後を追うバンチは、先導する駆動バンチの航跡に乗り、最適な位置にあった場合は、駆動バンチの電子が失うエネルギーの最大30%を吸収し、わずか30cmで各電子のエネルギーを1.6GeV増加させる。

SLAC NATL ACCELERATOR LAB

2012年11月、オーストラリアの120人のサーファーが同時に同じ波に5秒以上乗り、ギネスブックに掲載された1。「カギはサーファー全員に同時に同じことをやらせることでした。このため、この作戦には軍隊なみの正確さが必要でしたが、なんとか成功させることができました」と、リーダーであるWes Smithは話す。一方、SLAC国立加速器研究所(米国カリフォルニア州メンローパーク)のMichael Litosらは今回、電離したガス(プラズマ)の中を進む5億個の200億電子ボルト(20GeV)の電子を、0.2mmほどの大きさの電荷密度波の上で「サーフィン」させることに成功し、Nature 2014年11月6日号92ページに報告した2。この波は、プラズマで満たされた長さ30cmの容器の中で、別の電子バンチ(電子の群れ)が光速に近い速度で突進するときに作ったものだ(図1)。

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Nature ダイジェスト Online edition: ISSN 2424-0702 Print edition: ISSN 2189-7778

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