关于粒子物理实验，你可能知道的一件事就是它们非常庞大。大型强子对撞机直径约五英里，足以环绕一些城镇。斯坦福直线加速器长两英里。科学家们希望一项新实验能够实现更小但仍极其强大的加速器。
昨天，欧洲核子研究组织 (CERN) 的科学家们在 AWAKE 实验中进行了一些首次测试。AWAKE 是一种新型加速器，基于一项可能将粒子物理实验的尺寸缩减一百倍甚至更多的概念。
像大型强子对撞机这样的对撞机有很多部件，但通常需要一个地方来储存粒子，一个地方将粒子加速到极高的速度，一个地方将它们相互碰撞或与其他物体碰撞，以及一个地方来观察碰撞产生的爆炸后的所有粒子碎片。加速部分需要通过一系列交替的电场来推动粒子。为了获得更快的粒子速度，科学家们会建造更长的实验装置，而不是更强大的装置。AWAKE 实验，也称为“质子驱动等离子体尾场加速实验”，将使用一种全新的方法，在更短的时间内让粒子获得更快的速度。
AWAKE 的秘密来自于尾场加速，这项概念最早在 20 世纪 70 年代才被提出理论，但当时在技术上难以实现，项目负责人 Edda Gschwendtner 告诉《大众科学》(Popular Science)。以下是它的工作原理：
首先，一束来自欧洲核子研究组织质子加速器——超级质子同步加速器——的质子束将穿过一个等离子体场。等离子体中的电子带负电，所以它们会飞向带正电的质子束。然而，此时质子已经飞过，所以电子会继续飞行。但由于它们的存在，电子留下了带正电的等离子体，所以它们会被拉回到原来的位置。这个过程会持续进行并形成一个波。如果你将另一个电子放入这个波中，它会像冲浪一样在波中加速，以避开所有其他下落的负电子，这使得我们的“冲浪者”能够以比传统方法快一千倍的速度通过尾场，根据《自然》(Nature) 上发表的一篇文章。
“这将使加速器大大缩小，”Gschwendtner 说。“如果现在建造一个直线加速器，它将长约 50 公里。”
今天，物理学家们已经将质子束通过主束线送往实验装置，这是使一切正常工作的先决条件。目前还没有等离子体或加速的电子——这可能要到 2018 年才会发生。AWAKE 只是一个概念验证，是生产尾场加速器的早期尝试。美国斯坦福直线加速器实验室和布鲁克海文国家实验室也在研究类似的概念，但 AWAKE 是唯一一个使用质子产生波的实验，这可能生产出更强大的尾场加速器。根据欧洲核子研究组织的一份新闻稿，有一天，我们甚至可能看到桌面大小的强大粒子加速器，但那些可能不会使用质子来产生波，因为基于质子的加速器是用于更重型实验的。
无论如何，Gschwendtner 表示，我们在粒子物理实验中看不到这类加速器还需要几十年。但桌面大小的粒子物理实验的想法将让我们保持关注。
