Oportunidad para realizar una tesis doctoral en el ICMUV
Título del proyecto: “Ultra-high Gradient Particle Acceleration using Carbon Nanotube Arrays”
Los aceleradores de partículas operando a energías relativistas suelen ser costosas máquinas de grandes dimensiones, tal como el Large Hadron Collider (LHC) en el CERN, Ginebra. Entre otras razones, esto se debe a las limitaciones de las técnicas de aceleración vigentes, basadas principalmente en cavidades de radiofrecuencia (RF), que actualmente no pueden superar gradientes de aceleración más allá de 100 MV/m.
Para superar los límites de aceleración actuales, proponemos investigar nuevos métodos de aceleración basados en la generación de campos eléctricos estela en redes de nanotubos de carbono, siendo excitados por haces intensos de partículas cargadas o por láser.
El concepto de “solid-state plasma wakefield acceleration” usando estructuras cristalinas para canalizar y acelerar partículas cargadas fue propuesto por T. Tajima y otros a finales del siglo pasado [1, 2], llegando a calcular gradientes de aceleración del orden de TV/m. Sin embargo, no existe aún prueba experimental de este concepto. Recientemente, han surgido nuevos esfuerzos para la obtención de altos gradientes basados en el uso de nanoestructuras, tales como redes de nanotubos de carbono (CNT). Basándonos en recientes simulaciones computacionales [3, 4], en el marco de este proyecto proponemos avanzar en el estudio teórico del sistema a través de cálculos numéricos usando “Particle In Cell” (PIC) codes y diseñar un experimento que pruebe aspectos clave del concepto.
Este es un proyecto multidisciplinar que une nanociencia y física de aceleradores de partículas, con el objetivo de diseñar aceleradores y fuentes de radiación ultra-compactos basados en nanoestructuras. Tales máquinas abrirían nuevos horizontes en la física de altas energías, como también en un amplio rango de áreas de investigación que utilizan haces de partículas a energías relativistas y fotones.
El proyecto se realizará en el Instituto de Ciencias de Materiales de la Universidad de Valencia (ICMUV). En el marco de una amplica colaboración, el candidato también realizará diversas estancias de investigación en centros internacionales, tales como el Cockcroft Institute (Daresbury, Reino Unido) y el CERN (Ginebra, Switzerland).
Como requisito imprescindible, el candidato deberá estar en posesión de un título de Grado/Licenciado en Física. Se valorarán positivamente conocimientos en computación, electrodinámica, física de aceleradores y física del estado sólido.
Los estudiantes interesados deberán contactar con Javier Resta López (resta@uv.es).
Referencias:
[1] T. Tajima and M. Cavenago, Phys. Rev. Lett. 59, 1440 (1987).
[2] P. Chen and R. J. Noble, AIP Conf. Proc. 398, 273 (1997) and references therein.
[3] J. Resta-López et al., Proc. of IPAC 2018, Vancouver, Canada, 2018.
[4] Applications of Crystals and Nanotubes for Acceleration and Manipulation (ACN2020) workshop: https://indico.cern.ch/event/867535/
