{pt_PT=Influence of proton bunch and plasma parameters on the AWAKE experiment.} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Aceleradores baseados em plasma são fortes candidatos a uma geração de aceleradores de partículas compactos altamente antecipada. Uma experiência no CERN (chamada AWAKE) vai testar o conceito de wakefields conduzidos por protões em plasma, em que os bunches de protões longos se sujeitam à instabilidade de auto-modelação (SMI). A eficácia da experiência depende fortemente do desenvolvimento previsível e bem-sucedido desta instabilidade, que fragmenta o bunch inicial em pequenos (da ordem do comprimento de onda de plasma) feixes. Utilizando simulações numéricas particle-in-cell, este trabalho investiga os efeitos de variações inevitáveis dos parâmetros iniciais da experiência de evento para evento nos parâmetros de saída da mesma, concluindo que os efeitos observados são da ordem das variações iniciais e que a injeção determinística de eletrões é, portanto, possível. Uma versão hipotética da experiência com antiprotões no lugar de protões também é estudada, em que os campos alcançam amplitudes mais altas através de efeitos não-lineares que não são completamente compreendidos. Por último, uma ferramente poderosa é desenvolvida para investigar a fase não-linear dos wakefields conduzidos por feixes auto-modulados (depois da saturação da SMI), para a qual não existe teoria e onde a amplitude dos campos cai rapidamente. Esta ferramenta consiste num programa paralelo que calcula as contribuições individuais de feixes auto-modelados individuais para o wakefield total, e leva à conclusão de que a queda espacial é devida à interferência incoerente dos wakes individuais, enquanto que a temporal é devida à perda de carga condutora, as razões para a qual ainda não são compreendidas completamente., en=Plasma-based accelerators are strong candidates for a highly anticipated generation of compact particle accelerators. A proton-driven plasma wakefield experiment (the AWAKE experiment) at CERN will test the underlying concept using long proton bunches that undergo the self-modulation instability (SMI). The effectiveness of the experiment hinges on the successful and predictable development of this instability, which fragments the initial proton bunch into smaller beamlets with lengths of the order of the plasma wavelength. Using numerical particle-in-cell simulations, this work investigates the effects of inevitable event-to-event variations of the initial parameters of the experiment on its outputs, concluding that the differences in the observed effects are always of the same order as the initial variations and deterministic injection of electrons is thus possible. A hypothetical version of the experiment where the driver particles are substituted by antiprotons is also studied, which is able to achieve higher wakefield amplitudes through not-fully-understood nonlinear effects. Lastly, a powerful tool is developed to investigate the nonlinear phase of self-modulated particle-driven wakefields (after saturation of the SMI), for which no theory exists and where the wakefield amplitude drops steeply. This tool consists of a parallel program that calculates the individual contributions of single beamlets to the overall wakefield, and leads to the conclusion that the spatial decline of the amplitude (along the beam) is due to incoherent interference of single wakes, while the temporal decline (along the propagation distance) is due to the loss of driver charge, the reasons for which are not yet understood in depth.}

Discussão: novembro 13, 2017, 9:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

AUTOR

Mariana Azevedo Trocado Moreira (ist173642)

ORIENTADOR

Jorge Miguel Ramos Domingues Ferreira Vieira

Departamento de Física (DF)

Professor Auxiliar Convidado