“加速器是粒子物理学的核心工具。”VAT销售经理Jürg Öhri解释说,“这些大型仪器提供了决定性的方法,了解我们的宇宙是由什么组成,最初的构件是什么样子,以及是什么把它们连在一起的。例如,它们使夸克的发现成为可能,它揭示了自然界的基本力是如何传播的,以及希格斯玻色子,一种赋予其他粒子质量的基本粒子。”

         目前这一代的粒子加速器使用射频(RF)腔,将其粒子束瞬间加速到高动能水平,然后再将它们击碎成其他粒子。通过分析这些碰撞,科学家们对亚原子世界的结构和自然界的基本规律有了深入了解。然而,为了达到更高的能量,使科学家能够更深入地了解亚原子粒子的行为方式,未来的对撞机将需要比世界上最大的加速器,即位于瑞士日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)的大型强子对撞机(LHC)还要大。作为世界上最大的机器,LHC被安置在一个周长27公里(17英里)的地下环中。

         “设计和建造更大的加速器的成本很高,非常高。”Jürg Öhri解释说,“虽然正在通过世界范围内的研究合作寻求资金来支持这些更大的设施,但一些粒子物理学研究人员正在寻找替代解决方案。他们的目标是在较小的占地面积上建造新的粒子加速器,其特点是比现有系统具有更高的能量水平和更好质量的光束,而且成本更低。这一概念以前被认为是不可能的,但由于一项新技术——等离子体尾场加速器,这一概念可能会成为现实。”

在等离子体波上冲浪

         等离子体尾场加速器使用激光或电子或质子束来产生带电波,以近乎光速的速度穿过等离子体。这允许粒子在等离子体波上冲浪——比现有加速器在更短的距离内将粒子加速到更高的能量水平。

         Jürg Öhri强调说:“如果这个概念成功的话,等离子体加速器可以大大减少这种设备的规模和成本。”

         等离子体波技术的进一步发展,将取代目前粒子加速器中使用的射频腔,可以在更短的距离内产生指数级的电子伏特能量。欧洲核子研究中心的 “先进质子驱动等离子体尾场加速器实验”(AWAKE)的初步结果,达到了一千兆电子伏特,在仅3厘米的距离上加速的能量就能达到一千兆电子伏特。

 “一个普通的加速器需要150-200米的距离才能产生同样的能量水平。”Jürg Öhri热情地说,“最近的结果是在仅仅9厘米的距离上达到了四千兆电子伏特的水平,然后在二十厘米的距离上达到了惊人的八千兆电子伏特。这是一个巨大的尺寸缩小!”

全球研发努力——也包括VAT在内

         AWAKE只是寻找更小的加速器技术的众多研发单位之一。另外,位于加州的伯克利实验室和SLAC(斯坦福大学)的FACET项目,位于德国汉堡和措伊滕(柏林附近)的德国电子同步加速器研究所(DESY)的LAOLA项目,以及位于德国尤利希的JuSPARK,都在研究新的解决方案。例如,DESY正在测试一个使用粒子束(而不是激光)来产生等离子体波概念的组织。

         新的概念也对系统组件提出了新的要求,如真空阀。因此,当涉及到提供理想的技术解决方案时,VAT的研发团队就会加入进来。VAT的开发工作集中在这些实验的高能环境的具体要求上,如极快和精确的阀门功能,以及对极端温度和辐射条件的长期高度抗性。将不同的阀门功能整合到一个紧凑的、节省空间的组件中,这也是VAT所考虑的另一个方面,不断开发其用于等离子体相关工艺的真空阀门组合。

        “目前关于尾场概念正在进一步的测试。”Jürg Öhri说,“作为加速器原型的一部分,VAT阀门也继续按预期运作——始终如一地确保性能和可靠性,实现项目里程碑式的发展。”