【百位科学家通过唤醒协作实现对等离子体中质子束团不稳定性的控制】
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高级尾波场实验WAKE是欧洲核子研究中心CERN刚刚进行的一项大型实验 ， 研究内容是等离子体尾波场加速 。 利用相对论质子束作为等离子体尾波场的驱动器 ， 科学家们将见证电子加速到高能 ， 这是该领域的首次研究 ， 之前从来没有尝试过 。 在等离子体加速实验中 ， 使用质子束具有许多优点 。 更值得注意的是 ， 它可以帮助科学家们能够在长距离内保持较大的加速梯度 ， 而不必将加速器分成几个不同的部分 。
AWAKE协作组织是一个参与AWAKE实验的研究小组 ， 成员包括来自全球23个不同研究所的100多名工程师和物理学家 。 在最近发表在《物理评论快报》上的一篇论文中 ， 科学家们证明 ， 质子束团的自调制可以通过施加不稳定性来控制 。
“可用的质子束比典型的等离子体波长长得多 。 ”进行这项研究的科学家解释说：“为了驱动大振幅尾波场 ， 我们依靠等离子体中束团的自调制不稳定性 。 这个过程将长束团转换成一列微束 ， 由尾波场的周期隔开 ， 驱动大振幅尾波场 。 ”科学家们解释说：“在我们的新论文中 ， 我们证明了可以使用前一个电子束驱动的尾波场来播种自调制 。 在这种情况下 ， 整个质子束团以可控和可重复的方式进行自我调节 ， 这是该实验的一个重要里程碑 。 ”
在质子驱动的等离子体尾场加速器中 ， 自调制过程本质上就是一种不稳定性 ， 其中等离子体中尾场的振幅沿质子束团和等离子体增长 。 这种自调制的增长由两个关键参数决定 ， 即种子尾波场的振幅（定义场的起始值）和增长率（定义不稳定性增长的速度） 。 科学家们解释说：“通过在前面的电子束中植入自调制 ， 我们解开了这两个参数 ， 其他植入方法总是与之相关 ， 这意味着种子电子束的参数定义了尾迹场的振幅 ， 而质子束的参数则定义了不稳定性的增长率 。 ”
利用论文中提出的方法 ， 科学家们能够使用两个不同的旋钮开关独立控制CERN等离子体粒子加速器中质子束团自调制的增长 ， 这些基本上是定义自调制增长的两个关键参数 。 科学家们这次的工作还表明 ， 他们的等离子体粒子加速器中的整个质子束以可重复的方式进行自我调节 。 这一重要发现为质子驱动等离子体尾波场加速的新实验设计铺平了道路 ， 这种加速依赖于两个独立的等离子体 。
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