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AWAKE – Beschleunigung mit Plasmawellen

Die Forschungsgruppe AWAKE (Advanced Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment) am MPP erforscht eine neue Methode, um Teilchen auf hohe Energien zu beschleunigen. Dabei wird ein Protonenstrahl in ein Plasma, also ein ionisiertes Gas, eingespritzt. Auf ihrem Weg ziehen die Protonen negativ geladene Plasma-Elektronen mit und erzeugen so eine Art Bugwelle. Wenn man zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Strahl aus Elektronen einspeist, werden diese von der Welle mitgenommen – genauso, wie wenn ein Surfer eine Welle reitet.

Das Ziel dieser Forschung ist es, die Strecke zu verringern, die man zum Beschleunigen von Teilchen braucht. Die Technik eignet sich besonders für lineare Beschleuniger - und ist eine kostengünstigere Alternative zu den vorgeschlagenen Konzepten für den International Linear Collider (ILC) oder den CERN Compact Linear Collider (CLIC). 

Aktuelle Forschung

Mit diesem Ziel richtet das MPP mit internationalen Partnern derzeit das AWAKE-Experiment am CERN ein. Die Gruppe forscht an Methoden, wie man die Energie derzeit verfügbarer Protonenquellen – zum Beispiel des LHC – für AWAKE nutzen kann. Der Protonenstrahl soll geladene Wellen über eine Distanz von 10 bis 1.000 Metern in einem Plasma erzeugen. Damit lassen sich Elektronenstrahlen bis zum Energiebereich von Teraelektronenvolt (TeV, 1 Million Gigaelektronenvolt) beschleunigen. 

Ein Plasmabeschleuniger braucht so nur 85 Zentimeter, um Elektronen auf eine Energie von 50 Gigaelektronenvolt zu bringen. Der Teilchenbeschleuniger SLAC, ein aktuelles Experiment, benötigt dafür 3 Kilometer.

Mehr Informationen zur Gruppe AWAKE

Aktuelle Meldungen

08/28/2018
Illustration des AWAKE-Beschleunigers am CERN: Die Protonen (kugelförmige Strukturen) bilden eine Plasmawelle (ovale Strukturen), die Elektronen (kleine Kugeln) auf hohe Energien beschleunigen.

Physikern könnte sich bald eine neue Tür zu den Geheimnissen des Universums öffnen. Der internationalen AWAKE-Kooperation ist ein Durchbruch auf dem Weg zu einer neuen Art von Teilchenbeschleunigern gelungen. Das Experiment, bei dem Elektronen auf einer Plasmawelle surfen, beschleunigt Teilchen mit...

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05/30/2017
Hohe Elektron-Energien lassen sich mit einem Plasma-basierten Beschleuniger erzielen. Die Technologie wird derzeit im AWAKE-Projekt entwickelt.

Was sollen künftige Teilchenbeschleuniger leisten? Auf der Wunschliste der Physiker stehen nicht nur höhere Energien, sondern auch akkuratere Messungen als mit heutigen Instrumenten. Auf einem Workshop, der am 1. und 2. Juni 2017 am MPI für Physik stattfindet, diskutieren Wissenschaftlerinnen und...

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12/13/2016
Ein Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Physik arbeitet am AWAKE-Experiment

Erfolgsmeldung aus dem AWAKE-Projekt: Erstmals ist es gelungen, mit einem Protonenstrahl eine wellenförmiges Plasmafeld zu erzeugen – Ansatz für einen völlig neuen Typ von Teilchenbeschleunigern. Künftig, so der Plan der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, sollen Elektronen auf...

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02/19/2016

Wie lassen sich Beschleunigerexperimente auf noch höhere Energien bringen? Mit dem AWAKE-Projekt kommt eine gänzlich neue Technologie an den Start – mit dem Ziel, die Energieleistung von Teilchenbeschleunigern um ein Vielfaches zu steigern. Eine Schlüsselkomponente – die am Max-Planck-Institut für...

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09/23/2015

Um Themen der Hochenergie- und Astroteilchenphysik geht es vom 4. bis 9. Oktober 2015 in Wildbad Kreuth: Das Max-Planck-Institut für Physik veranstaltet dort die diesjährige ISMD-Konferenz (International Symposium on Multiparticle Dynamics), die seit 1970 im Jahresturnus an wechselnden Orten...

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08/26/2014

Die Vorbereitungen für das AWAKE Experiment am Forschungszentrum CERN laufen auf Hochtouren. Das AWAKE-Team des Max-Planck-Instituts für Physik in München steuert Ausrüstung und Know-how zu dem Experiment im Schweizer Forschungszentrum bei.

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Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Caldwell, Allen, Prof. Dr.

Director 529

Hafych, Vasyl

PhD Student 417

Hüther, Mathias

PhD Student 561

Moody, Joshua, Ph.D.

Scientist 221

Muggli, Patric, Prof. Dr.

Scientist 580

Pena, Felipe

Student 561

Rapp, Bastian

Student 561

Wechsler, Felix

Student 561

Schlüsselpublikationen

Path to AWAKE: Evolution of the concept
A. Caldwell et al.
Science Direct, Volume 829, 1 September 2016, Pages 3–16

AWAKE, The Advanced Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment at CERN
E. Gschwendtner et al.
Science Direct, Volume 829, 1 September 2016, Pages 76–82

Plasma wakefield acceleration with a modulated proton bunch
A. Caldwell et al.,
Phys. Plasmas 18, 103101 (2011)
arxiv:1105.1292

Proton-driven plasma-wakefield acceleration
Allen Caldwell, Konstantin Lotov, Alexander Pukhov & Frank Simon
Nature Physics 5, 363 - 367 (2009)

Electron trapping and acceleration by the plasma wakefield of a self-modulating proton beam
K. V. Lotov, A. P. Sosedkin, A. V. Petrenko, L. D. Amorim, J. Vieira, R. A. Fonseca, L. O. Silva, E. Gschwendtner and P. Muggli
Phys. Plasmas 21, 123116 (2014)
http://dx.doi.org/10.1063/1.4904365