By means of a hollow plasma, multiple proton bunches work well in driving nonlinear plasma wakefields and accelerate electrons to the energy frontier with preserved beam quality. However, the acceleration of positrons is different because the accelerating structure is strongly charge dependent. There is a trade-off between keeping a small normalized emittance and a small energy spread. This results from the conflict that the plasma electrons, used to provide focusing to the multiple proton bunches, dilute the positron bunch. By loading an extra electron bunch to repel the plasma electrons and meanwhile reducing the plasma density slightly to shift the accelerating phase with a conducive slope to the positron bunch, the positron bunch can be accelerated to 400 GeV (40% of the driver energy) with an energy spread as low as 1% and well preserved normalized emittance. The successful generation of high quality and high energy positrons paves the way to the future energy frontier lepton colliders.
中空プラズマを用いることにより、複数の陽子バンチは非線形プラズマ航跡場を駆動して電子をエネルギー前沿まで加速し、ビーム品質を維持することに成功している。しかしながら、陽電子の加速は、加速構造が電荷に強く依存するため、異なる状況にある。陽電子バンチに集束を提供するために用いられるプラズマ電子が陽電子バンチを希釈してしまうことから、小さな規格化エミッタンスと小さなエネルギー広がりを維持することの間にはトレードオフが存在する。陽電子バンチを反発するための追加の電子バンチを注入し、同時にプラズマ密度をわずかに低下させて陽電子バンチにとって好都合な勾配を持つ加速位相へシフトすることにより、陽電子バンチはドライバーエネルギーの40%に相当する400 GeVまで、エネルギー広がりを1%以下に抑え、規格化エミッタンスを良好に保ったまま加速することができる。高品質かつ高エネルギーの陽電子の生成に成功したことは、将来のエネルギー前沿レプトン衝突型加速器への道を開くものである。