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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

Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Caldwell, Allen, Prof. Dr.

Director 529

Farmer, John

Postdoc CERN

Hafych, Vasyl

PhD-Student 417

Hüther, Mathias

PhD-Student 561

Moody, Joshua, Ph.D.

Postdoc 221

Morales Guzman, Pablo Israel

PhD-Student 417

Muggli, Patric, Prof. Dr.

Scientist 580

Pena, Felipe

Student 561

Pucek, Jan

PhD-Student CERN 0041-22-767-0574

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