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Foto: A. Griesch/MPP
Foto: A. Griesch/MPP

AWAKE – Beschleunigung mit Plasmawellen

Beispiel für eine Plasmaquelle, die im AWAKE-Experiment genutzt werden könnte. Das Plasma hat ähnliche Eigenschaften wie das in Neonröhren verwendete Gas.
Beispiel für eine Plasmaquelle, die im AWAKE-Experiment genutzt werden könnte. Das Plasma hat ähnliche Eigenschaften wie das in Neonröhren verwendete Gas. (Foto: A. Griesch/MPP)

Die Forschungsgruppe AWAKE 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

Die 10-Meter lange Plasmazelle des AWAKE-Experiments am CERN
Die 10-Meter lange Plasmazelle des AWAKE-Experiments am CERN (Foto: Maximilien Brice/CERN)

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

30.05.2017

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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13.12.2016

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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19.02.2016

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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23.09.2015

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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26.08.2014

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

Bachmann, Anna-Maria

Student 561

Batsch, Fabian

Student 561

Braunmüller, Falk

Scientist 417

Caldwell, Allen, Prof. Dr.

Director 529

Fior, Gabriel

Student 561

Hüther, Mathias

PhD Student 561

Martyanov, Mikhail, Ph.D.

Scientist 221

Moody, Joshua, Ph.D.

Scientist 221

Muggli, Patric, Prof. Dr.

Scientist 580

Pena, Felipe

Student 561

Rieger, Karl

PhD Student 561

Öz, Erdem, Dr.

Scientist 417

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