AWAKE a reuşit accelerarea fasciculelor de electroni în doar 10 metri până la energia de 2 GeV.  Pentru obţinerea acestui rezultat au fost folosite fascicule de protoni la CERN, Geneva. Obiectivul acestui studiu este studiul unor noi tehnici de accelerare a particulelor care ar putea duce la construirea unor noi acceleratoare pentru studiul universului, dar şi pentru a fi folosite în medicină şi industrie.


La ora actuală cel mai mare accelerator de particule construit vreodată se găseşte la Cern, Geneva: este vorba despre LHC (Large Hadron Collider), care are o circumferinţă de circa 27 de km.  LHC accelerează fascicule de protoni până la energii de circa 7 TeV (1 terra-electronvolt – reprezintă 1012 electronVolt, electronvoltul (eV) fiind energia primită de către un electron accelerat la o diferenţă de potenţial de 1 V). În cadrul proiectelor de cercetare ATLAS şi CMS s-a descoperit în 2012 bosonul Higgs; între timp multe alte studii importante pentru înţelegerea legilor fundamentale ale universului au fost efectuate la acest accelerator. Totuşi, energia fasciculelor de la LHC, pe cât de mare, nu este suficientă pentru verificarea  anumitelor teorii şi eventuala descoperire de noi particule. Cercetătorii care lucrează în domeniul dezvoltării unor noi tehnici de accelerare au obiectivul de a pune la punct o nouă tehnologie care să reuşească, pe de o parte, să producă acceleratoare mai eficiente – adică să fie capabile să accelereze la energii mult mai mari pe metru, iar, pe de alta, acceleratoare cu dimensiuni şi costuri reduse: aşa-numitele table-top accelerators.

Una dintre metodele studiate prevede folosirea plasmei (stare a materiei în care nucleele atomilor sunt separate de electroni: atomii sunt deci ionizaţi) şi a undelor electromagnetice în plasmă, care să genereze câmpuri electrice deosebit de intense ce pot fi folosite pentru accelerarea fasciculelor de particule.

Au fost propuse, pentru generarea de unde în plasmă, două tehnici: într-una se folosesc intense fascicule laser, în cealaltă fascicule de protoni.

Cea de-a doua metodă, folosită în cadrul experimentului AWKAE (Advanced Wakefield Experiment), a permis obţinerea de fascicule de electroni accelerate până la 2 GeV pe o distanţă de doar 10 m.

Electronii se comportă precum surferii care încalecă unda produsă în plasmă (wakefield), fiind acceleraţi la energii foarte mari. Rezultatele acestui studiu au fost recent publicate de către colaborarea AWAKE într-un articol în revista Nature.

Într-un accelerator „normal” câmpurile electrice folosite pentru accelerarea fasciculelor reuşesc să dea o energie fasciculelor pe care le accelerează de circa 1000 MeV/metru, ceea ce înseamnă că pentru a accelera un fascicul la 2 GeV ar fi necesari circa 2000 de metri de accelerator. În AWAKE această energie a fost obţinută în doar 10 m de accelerator.

Pentru inducerea undelor în plasmă de rubidiu pe care o foloseşte, AWAKE a folosit fascicule de protoni generate de către Super Proton Synchrotron, acceleratorul de la CERN care alimentează şi LHC. AWAK a costat circa 25 de milioane de dolari şi este instalat la 100 metri sub pământ, într-o sală experimentală în interiorul inelului LHC.

Această metodă ar putea genera fascicule de electroni cu energii şi mai mari şi cu  calitate a fasciculelor superioară. În câţiva kilometri s-ar putea, folosind tehnica acceleratoarelor cu plasmă, accelera fascicule de electroni până la câţiva TeV. Aceste fascicule ar putea fi folosite pentru studiul proprietăţilor bosonilor Higgs şi căutarea particulelor de materie întunecată, care, până în prezent, nu au fost descoperite de către LHC.

Această tehnologie ar putea fi folosită inclusiv pentru construirea de mini-acceleratoare cu costuri reduse faţă de cele actuale, care să fie folosite în medicină, industrie sau chiar şi în universităţi pentru instruirea studenţilor şi cercetare.