來自俄科學院西伯利亞分院網(wǎng)站的報道，該分院核物理所與慕尼黑路德維希馬克西米利安大學的聯(lián)合科研團隊研發(fā)出等離子體尾流加速過程中電子束形態(tài)三維仿真系統(tǒng)。根據(jù)該系統(tǒng)的仿真結果，注入到等離子艙的電子束在穿越等離子體邊界時大部分電子消失，從而導致被加速電子束的電荷急劇降低。
等離子體中電子尾流加速這種想法產(chǎn)生于上世紀70年代，其名稱也形象地來自于船尾掃過水面所形成的痕跡。最初采用電子束或強激光脈沖作為物理驅動器（類似于行船），之后轉為能量為其幾千倍的質(zhì)子束，由此歐洲核子研究中心于2013年啟動了AWEKE項目(Advanced proton-driven plasma WaKefield Acceleration Experiment)，其目的為試驗確認此種電子加速方法的可行性。試驗采用強子對撞機上的超級質(zhì)子同步加速器（SPS）作為質(zhì)子源，質(zhì)子束以400GeV的能量被輸入到專門的等離子艙內(nèi)，穿越等離子體并引發(fā)震蕩，即產(chǎn)生尾流，而尾流對以一定角度注入等離子體的低能電子進行加速。
物理試驗裝置往往體現(xiàn)為特定的黑箱，電子束尾流加速裝置更類似于裝滿等離子體的管子，只能在其出入口對電子束的形態(tài)進行觀察，其內(nèi)部情況則無從得知。根據(jù)最初的評估，電子束中被加速電子的數(shù)量應能達到40%，然而一些參數(shù)下所獲得的結果是預期的三百分之一，即僅有0.1%的電子能夠到達等離子艙盡頭的檢測器。為此，聯(lián)合團隊構建了詳盡的三維實驗模型對電子束尾流加速進行仿真，考察眾多物理現(xiàn)象共同作用的結果，其中包括電子穿越等離子邊界所發(fā)生的散射現(xiàn)象。由于此項物理實驗仿真是包含若干階段的復雜過程，僅計算機模型的研發(fā)就花費了幾年時間，這其中研發(fā)特種軟件占用了絕大部分時間。除此之外，軟件應能適合于具體的實驗課題，并可用于超級計算機。所研發(fā)系統(tǒng)一次仿真的時間為28天，其結果可獲得120太字節(jié)的數(shù)據(jù)資料，可轉換為各種圖表和影像。
仿真是在高斯超級計算中心SuperMUC Phase 1超級計算機上進行的，AWAKE項目第一階段實驗工作已于近期完成，試驗確認了等離子體中電子尾流加速的可能性。理論上，注入等離子體的電子應能直接到達等離子體中心，“捕捉”到尾流并被加速，然而仿真結果表明，在穿越等離子體邊界時眾多電子會發(fā)生散射并消失。
考慮到等離子艙將進行改造，電子束狀態(tài)的仿真需要考慮到新型等離子艙的結構特點，所以AWAKE項目下一階段的實驗工作將在等離子艙改造后開始。
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