AWAKE -samarbetet har nått en stor milstolpe; under den sista veckan av CERNs acceleratorverksamhet för 2016, det har observerat stark modulering av högenergiprotonbuntar i plasma, signalera generering av mycket starka elektromagnetiska fält. Detta är ett viktigt steg mot målet att använda den protondrivna plasma wakefield-tekniken för att accelerera elektroner.

Advanced Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment (AWAKE) är den första anläggningen som undersöker användningen av plasma wakefields som drivs av protonstrålar för att påskynda laddade partiklar.

"Användningen av protongängar för att driva wakefields är av särskilt intresse på grund av den stora energin som protonbuntarna bär från CERN SPS- och LHC -acceleratorer, "säger Patric Muggli, Vakna fysik koordinator från CERN och Max Planck Institute for Physics i München. "Det möjliggör mycket längre accelerationssteg än för andra tekniker, "påpekar han.

Anläggningen togs framgångsrikt i drift mellan juni och november och experimentet tog sin första data under den sista veckan av acceleratoroperationer vid CERN 2016.

AWAKE -experimentet injicerar ett "drivande" gäng protoner från CERNs SPS -accelerator i en plasmakolonn som skapats genom att jonisera en gas med en laser. När det här gänget interagerar med plasma, det delas upp i en serie mindre klasar, i en process som kallas självmodulation. När dessa kortare gäng rör sig genom plasman, de genererar ett starkt wakefield. Det är processen med självmodulation som AWAKE-teamet har observerat signaler om, och från vilken det kan härleda skapandet av wakefield.

Nästa steg, som AWAKE ännu inte har visat, är att injicera en andra stråle av elektroner, "vittnesbommen", i rätt fas bakom protonstrålen. Denna vittnesbalk "känner" av vågfältet och accelereras, precis som en surfare accelererar genom att åka en våg.

Användning av plasma för att accelerera partiklar är ett potentiellt alternativ till traditionella accelerationsmetoder som är beroende av elektromagnetiska radiofrekvenshålor. Det har länge varit känt att plasma kan stödja mycket starka elektriska fält. Utmaningen för forskare är att förstå det bästa sättet att dra nytta av denna förmåga för att skapa framtida kompakta och kraftfulla partikelacceleratorer till rimliga kostnader. Fälten som genereras av plasmavakningsfält som drivs av protonstrålar kan vara upp till två storleksordningar högre än fält som kan uppnås med konventionella radiofrekvenshålrum.

"Att ha observerat indikationer för första gången på självmodulering av protongäng, efter bara några dagars tester är en utmärkt prestation. Det handlar om ett mycket motiverat och engagerat team, "flinar Edda Gschwendtner, CERN AWAKE projektledare och teknisk koordinator.

"Vi planerar nu att studera denna process i detalj under 2017. Vi hoppas då kunna visa elektronernas acceleration i kölvattnet av protongänget, "tillägger AWAKE -talesmannen, Allen Caldwell, från Max Planck Institute of Physics i München.

Denna spännande utveckling, kulmen på tre års intensiv förberedelse, öppnar en ny era av partikelacceleratorutveckling på CERN och över hela världen.