大型强子对撞机

全球最大粒子加速器——大型强子对撞机（LHC）的所在地正迎来一台新机器。而这次，全部要点在于使它保持小巧。

近日，管理欧洲核子研究委员会（CERN）的理事会批准对一项名为高级尾场实验（AWAKE）的既定试验增加资助。CERN是欧洲领先的粒子物理实验室，位于瑞士日内瓦附近。AWAKE定于明年启动，将通过使粒子在等离子体中产生的电荷波上“冲浪”来为粒子加速。这是一种使未来加速器得以在更高能量上探寻物质和自然力的方法，同时不需要通常随之而来的设备尺寸和成本的增加。

尽管当LHC在本世纪30年代达到其使用寿命时建造更大型机器的计划正在推进中，但很多人担心，加速器的大小正接近极限，并且此类方案可能只会被证实因过于昂贵而无法实施。

“当你看到这些机器的预估成本和规模时，就会明白可能需要一种新的突破性体系。”德国高能物理实验室——DESY加速器物理学家Nick Walker表示。

诸如27公里长的LHC等传统对撞机，利用电场推动带电粒子在通道中移动。电场在某个频率上从正极转换成负极，这意味着粒子被持续向前推动，而每一次推动都会获得能量。不过，此类对撞机利用金属壁构成的腔体，如果电场过于强大，腔体会产生火花。因此，进一步增加粒子速度和能量的唯一方法是延长通道。

马普学会物理研究所物理学家Allen Caldwell介绍说，等离子体尾场加速器最早于上世纪70年代提出，旨在打破这种循环。它们通过等离子体发送带电粒子或激光脉冲，从而使电子和带正电离子在尾场中振荡。由此产生的交变正负电荷区形成使带电粒子进一步加速的“波浪”。只要在恰当的时间注入，这些粒子便能高效地“冲浪”。关键之处在于，随着这种电场比传统对撞机中的电场更加强大，相同距离的加速度能达到后者的1000倍。此类加速器在全球若干设备中以原型存在，但AWAKE将是CERN首次试验这项技术。（宗华）