加速器物理学：プラズマ航跡場加速器の回復時間

強力な粒子バンチとプラズマの相互作用は、最新の高周波技術で得られるものより数桁高い、1 m当たりギガボルトの電場を維持できるプラズマ航跡を生じさせることができる。従って、プラズマ航跡場は荷電粒子を強力に加速でき、より小型の、すなわちより広く利用できる加速器設備を用いてさらに高い粒子エネルギーに到達する機会をもたらす。しかし、高エネルギー物理学や光子科学で要求されるルミノシティーと輝度を得るには、粒子のバンチを毎秒数千回から数百万回の繰り返し率で加速する必要があり、これはプラズマ航跡場技術で実証されている繰り返し率より数桁高い。今回我々は、プラズマが航跡場による摂動を受けた後に初期状態に回復するのに要する時間を測定することによって、ビーム駆動型プラズマ加速器の繰り返し率の上限を調べた。測定された数ナノ秒レベルの回復時間から、原理的にはプラズマ中でメガヘルツの繰り返し率の加速を達成できることが立証された。この摂動の実験的特徴は、崩壊する航跡から周囲の媒体にエネルギーを伝達する放物型イオンチャンネルの時間的進化のシミュレーションによってうまく記述される。今回の結果は、プラズマ航跡波モジュールを、現在の、そして将来の素粒子物理学施設や光子科学施設において実現可能な高繰り返し率のエネルギーブースターとして開発できる可能性を立証している。

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