Plasma Wakefield Acceleration with a Modulated Proton Bunch

Adams, J.; Aggarwal, M.M.; Ahammed, Z.; Amonett, J.; Anderson, B.D.; Anderson, M.; Arkhipkin, D.; Averichev, G.S.; Bai, Y.; Balewski, J.; Barannikova, O.; Barnby, L.S.; Baudot, J.; Bekele, S.; Belaga, V.V.; Bellingeri-Laurikainen, A.; Bellwied, R.; Bezverkhny, B.I.; Bharadwaj, S.; Bhasin, A.; Bhati, A.K.; Bichsel, H.; Bielcik, J.; Bielcikova, J.; Bland, L.C.; Blyth, C.O.; Blyth, S.-L.; Bonner, B.E.; Botje, M.; Bouchet, J.; Brandin, A.V.; Bravar, A.; Bystersky, M.; Cadman, R.; Cai, X.Z.; Caines, H.; Calderon De La Barca Sanchez, M.; Castillo, J.; Catu, O.; Cebra, D.; Chajecki, Z.; Chaloupka, P.; Chattopdhyay, S.; Chen, H.F.; Chen, J.H.; Chen, Y.; Cheng, J.; Cherney, M.; Chikanian, A.; Choi, H.A.; Christie, W.; Coffin, J.P.; Cormier, T.M.; Cosentino, M.R.; Cramer, J.G.; Crawford, H.J.; Das, D.; Das, S.; Daugherity, M.; De Moura, M.M.; Dedovich, T.G.; Dephillips, M.; Derevschikov, A.A.; Didenko, L.; Dietel, T.; Djawotho, P.; Dogra, S.M.; Dong, W.J.; Dong, X.; Draper, J.E.; Du, F.; Dunin, V.B.; Dunlop, J.C.; Dutta Mazumdar, M.R.; Eckardt, V.; Edwards, W.R.; Efimov, L.G.; Emelianov, V.; Engelage, J.; Eppley, G.; Erazmus, B.; Estienne, Magali; Fachini, P.; Fatemi, R.; Fedorisin, J.; Filimonov, K.; Filip, P.; Finch, E.; Fine, V.; Fisyak, Y.; Fu, J.; Gagliardi, C.A.; Gaillard, L.; Gans, J.; Ganti, M.S.; Ghazikhanian, V.; Ghosh, P.; Gonzalez, J.E.; Gorbunov, Y.G.; Gos, H.; Grebenyuk, O.; Grosnick, D.; Guertin, S.M.; Guimaraes, K.S.F.F.; Guo, Y.; Gupta, Anupam; Gutierrez, T.D.; Haag, B.; Hallman, T.J.; Hamed, A.; Harris, J.W.; He, W.; Heinz, M.; Henry, T.W.; Hepplemann, S.; Hippolyte, B.; Hirsch, A.; Hjort, E.; Hoffmann, G.W.; Horner, M.J.; Huang, H.Z; Huang, S.L.; Hughes, E.W.; Humanic, T.J.; Igo, G.; Ishihara, A.; Jacobs, P.; Jacobs, W.W.; Jakl, P.; Jia, F.; Jiang, H.; Jones, P.G.; Judd, E.G.; Kabana, S.; Kang, K.; Kapitan, J.; Kaplan, M.; Keane, D.; Kechechyan, A.; Khodyrev, V.Yu.; Kim, B.C.; Kiryluk, J.; Kisiel, A.; Kislov, E.M.; Klein, S.R.; Koetke, D.D.; Kollegger, T.; Kopytine, M.; Kotchenda, L.; Kouchpil, V.; Kowalik, K.L.; Kramer, M.; Kravtsov, P.; Kravtsov, V.I.; Krueger, K.; Kuhn, C.; Kulikov, A.I.; Kumar, A.; Kuznetsov, A.A.; Lamont, M.A.C.; Landgraf, J.M.; Lange, S.; Lapointe, S.; Laue, F.; Lauret, J.; Lebedev, A.,; Lednicky, R.; Lee, C.-H.; Lehocka, S.; LeVine, M.J.; Li, C.; Li, Q.; Li, Y.; Lin, G.; Lindenbaum, S.J.; Lisa, M.A.; Liu, Franklin; Liu, H.; Liu, J.; Liu, L.; Liu, Z.; Ljubicic, T.; Llope, W.J.; Long, H.; Longacre, R.S.; Lopez-Noriega, M.; Love, W.A.; Lu, Y.; Ludlam, T.; Lynn, D.; Ma, G.L.; Ma, J.G.; Ma, Y.G.; Magestro, D.; Mahapatra, D.P.; Majka, R.; Mangotra, L.K.; Manweiler, R.; Margetis, S.; Markert, C.; Martin, Lilian; Matis, H.S.; Matulenko, Yu.A.; McClain, C.J.; McShane, T.S.; Melnick, Yu.; Meschanin, A.; Miller, M.L.; Minaev, N.G.; Mioduszewski, S.; Mironov, C.; Mischke, A.; Mishra, D.; Mitchell, J.; Mohanty, B.; Molnar, L.; Moore, C.F.; Morozov, D.A.; Morozov, V.; Munhoz, M.G.; Nandi, B.K.; Nattrass, C.; Nayak, T.K.; Nelson, J.M.; Netrakanti, P.K.; Nikitin, V.A.; Nogach, L.V.; Nurushev, S.B.; Odyniec, G.; Ogawa, A.; Okorokov, V.; Oldenburg, M.; Olson, D.; Pachr, M.; Pal, S.K.; Panebratsev, Y.; Panitkin, S.Y.; Pavlinov, A.I.; Pawlak, T.; Peitzmann, T.; Perevoztchikov, V.; Perkins, C.; Peryt, W.; Petrov, V.A.; Phatak, S.C.; Picha, R.; Planinic, M.; Pluta, J.; Poljak, N.; Porile, N.; Porter, J.; Poskanzer, A.M.; Potekhin, M.; Potrebenikova, E.; Potukuchi, B.V.K.S.; Prindle, D.; Pruneau, C.; Putschke, J.; Rakness, G.; Raniwala, R.; Raniwala, S.; Ray, R.L.; Razin, S.V.; Reid, J.G.; Reinnarth, J.; Relyea, D.; Retiere, F.; Ridiger, A.; Ritter, H.G.; Roberts, J.B.; Rogachevskiy, O.V.; Romero, J.L.; Rose, A.; Roy, C.; Ruan, L.; Russcher, M.J.; Sahoo, R.; Sakrejda, I.; Salur, S.; Sandweiss, J.; Sarsour, M.; Sazhin, P.S.; Schambach, J.; Scharenberg, R.P.; Schmitz, N.; Schweda, K.; Seger, J.; Selyuzhenkov, I.; Seyboth, P.; Shabetai, Alexandre; Shahaliev, E.; Shao, M.; Sharma, M.; Shen, W.Q.; Shimanskiy, S.S.; Sichtermann, E.; Simon, F.; Singaraju, R.N.; Smirnov, N.; Snellings, R.; Sood, G.; Sorensen, P.; Sowinski, J.; Speltz, J.; Spinka, H.M.; Srivastava, B.; Stadnik, A.; Stanislaus, T.D.S.; Stock, R.; Stolpovsky, A.; Strikhanov, M.; Stringfellow, B.; Suaide, A.A.P.; Sugarbaker, E.; Sumbera, M.; Sun, Z.; Surrow, B.; Swanger, .M.; Symons, T.J.M.; Szanto De Toledo, A.; Tai, A.; Takahashi, J.; Tang, A.H.; Tarnowsky, T.; Thein, D.; Thomas, J.H.; Timmins, A.R.; Timoshenko, S.; Tokarev, M.; Trainor, T.A.; Trentalange, S.; Tribble, R.E.; Tsai, O.; Ulery, J.; Ullrich, T.; Underwood, D.G.; Van Buren, G.; Van Der Kolk, N.; Van Leeuwen, M.; VanderMolen, A.M.; Varma, R.; Vasilevski, I.M.; Vasiliev, A.N.; Vernet, R.; Vigdor, S.E.; Viyogi, Y.P.; Vokal, S.; Voloshin, S.A.; Waggoner, B.; Wang, F.; Wang, Gang; Wang, J.S.; Wang, X.L.; Wang, Y.; Watson, J.W.; Webb, J.C.; Westfall, G.D.; Wetzler, A.; Whitten Jr., C.; Wieman, H.; Wissink, S.W.; Witt, R.; Wood, J.; Wu, J.; Xu, N.; Xu, Q.H.; Xu, Z.; Yepes, P.; Yoo, I.-K.; Yurevich, V.I.; Zhan, W.; Zhang, H.; Zhang, W.M.; Zhang, Y.; Zhang, Z.P.; Zhao, Y.; Zhong, C.; Zoulkarneev, R.; Zoulkarneeva, Y.; Zubarev, A.N.; Zuo, J.X.

research

Plasma Wakefield Acceleration with a Modulated Proton Bunch

Authors: J. Adams
M.M. Aggarwal
Z. Ahammed
J. Amonett
B.D. Anderson
M. Anderson
D. Arkhipkin
G.S. Averichev
Y. Bai
J. Balewski
O. Barannikova
L.S. Barnby
J. Baudot
S. Bekele
V.V. Belaga
A. Bellingeri-Laurikainen
R. Bellwied
B.I. Bezverkhny
S. Bharadwaj
A. Bhasin
A.K. Bhati
H. Bichsel
J. Bielcik
J. Bielcikova
L.C. Bland
C.O. Blyth
S.-L. Blyth
B.E. Bonner
M. Botje
J. Bouchet
A.V. Brandin
A. Bravar
M. Bystersky
R. Cadman
X.Z. Cai
H. Caines
M. Calderon De La Barca Sanchez
J. Castillo
O. Catu
D. Cebra
Z. Chajecki
P. Chaloupka
S. Chattopdhyay
H.F. Chen
J.H. Chen
Y. Chen
J. Cheng
M. Cherney
A. Chikanian
H.A. Choi
W. Christie
J.P. Coffin
T.M. Cormier
M.R. Cosentino
J.G. Cramer
H.J. Crawford
D. Das
S. Das
M. Daugherity
M.M. De Moura
T.G. Dedovich
M. Dephillips
A.A. Derevschikov
L. Didenko
T. Dietel
P. Djawotho
S.M. Dogra
W.J. Dong
X. Dong
J.E. Draper
F. Du
V.B. Dunin
J.C. Dunlop
M.R. Dutta Mazumdar
V. Eckardt
W.R. Edwards
L.G. Efimov
V. Emelianov
J. Engelage
G. Eppley
B. Erazmus
Magali Estienne
P. Fachini
R. Fatemi
J. Fedorisin
K. Filimonov
P. Filip
E. Finch
V. Fine
Y. Fisyak
J. Fu
C.A. Gagliardi
L. Gaillard
J. Gans
M.S. Ganti
V. Ghazikhanian
P. Ghosh
J.E. Gonzalez
Y.G. Gorbunov
H. Gos
O. Grebenyuk
D. Grosnick
S.M. Guertin
K.S.F.F. Guimaraes
Y. Guo
Anupam Gupta
T.D. Gutierrez
B. Haag
T.J. Hallman
A. Hamed
J.W. Harris
W. He
M. Heinz
T.W. Henry
S. Hepplemann
B. Hippolyte
A. Hirsch
E. Hjort
G.W. Hoffmann
M.J. Horner
H.Z Huang
S.L. Huang
E.W. Hughes
T.J. Humanic
G. Igo
A. Ishihara
P. Jacobs
W.W. Jacobs
P. Jakl
F. Jia
H. Jiang
P.G. Jones
E.G. Judd
S. Kabana
K. Kang
J. Kapitan
M. Kaplan
D. Keane
A. Kechechyan
V.Yu. Khodyrev
B.C. Kim
J. Kiryluk
A. Kisiel
E.M. Kislov
S.R. Klein
D.D. Koetke
T. Kollegger
M. Kopytine
L. Kotchenda
V. Kouchpil
K.L. Kowalik
M. Kramer
P. Kravtsov
V.I. Kravtsov
K. Krueger
C. Kuhn
A.I. Kulikov
A. Kumar
A.A. Kuznetsov
M.A.C. Lamont
J.M. Landgraf
S. Lange
S. Lapointe
F. Laue
J. Lauret
A., Lebedev
R. Lednicky
C.-H. Lee
S. Lehocka
M.J. LeVine
C. Li
Q. Li
Y. Li
G. Lin
S.J. Lindenbaum
M.A. Lisa
Franklin Liu
H. Liu
J. Liu
L. Liu
Z. Liu
T. Ljubicic
W.J. Llope
H. Long
R.S. Longacre
M. Lopez-Noriega
W.A. Love
Y. Lu
T. Ludlam
D. Lynn
G.L. Ma
J.G. Ma
Y.G. Ma
D. Magestro
D.P. Mahapatra
R. Majka
L.K. Mangotra
R. Manweiler
S. Margetis
C. Markert
Lilian Martin
H.S. Matis
Yu.A. Matulenko
C.J. McClain
T.S. McShane
Yu. Melnick
A. Meschanin
M.L. Miller
N.G. Minaev
S. Mioduszewski
C. Mironov
A. Mischke
D. Mishra
J. Mitchell
B. Mohanty
L. Molnar
C.F. Moore
D.A. Morozov
V. Morozov
M.G. Munhoz
B.K. Nandi
C. Nattrass
T.K. Nayak
J.M. Nelson
P.K. Netrakanti
V.A. Nikitin
L.V. Nogach
S.B. Nurushev
G. Odyniec
A. Ogawa
V. Okorokov
M. Oldenburg
D. Olson
M. Pachr
S.K. Pal
Y. Panebratsev
S.Y. Panitkin
A.I. Pavlinov
T. Pawlak
T. Peitzmann
V. Perevoztchikov
C. Perkins
W. Peryt
V.A. Petrov
S.C. Phatak
R. Picha
M. Planinic
J. Pluta
N. Poljak
N. Porile
J. Porter
A.M. Poskanzer
M. Potekhin
E. Potrebenikova
B.V.K.S. Potukuchi
D. Prindle
C. Pruneau
J. Putschke
G. Rakness
R. Raniwala
S. Raniwala
R.L. Ray
S.V. Razin
J.G. Reid
J. Reinnarth
D. Relyea
F. Retiere
A. Ridiger
H.G. Ritter
J.B. Roberts
O.V. Rogachevskiy
J.L. Romero
A. Rose
C. Roy
L. Ruan
M.J. Russcher
R. Sahoo
I. Sakrejda
S. Salur
J. Sandweiss
M. Sarsour
P.S. Sazhin
J. Schambach
R.P. Scharenberg
N. Schmitz
K. Schweda
J. Seger
I. Selyuzhenkov
P. Seyboth
Alexandre Shabetai
E. Shahaliev
M. Shao
M. Sharma
W.Q. Shen
S.S. Shimanskiy
E. Sichtermann
F. Simon
R.N. Singaraju
N. Smirnov
R. Snellings
G. Sood
P. Sorensen
J. Sowinski
J. Speltz
H.M. Spinka
B. Srivastava
A. Stadnik
T.D.S. Stanislaus
R. Stock
A. Stolpovsky
M. Strikhanov
B. Stringfellow
A.A.P. Suaide
E. Sugarbaker
M. Sumbera
Z. Sun
B. Surrow
.M. Swanger
T.J.M. Symons
A. Szanto De Toledo
A. Tai
J. Takahashi
A.H. Tang
T. Tarnowsky
D. Thein
J.H. Thomas
A.R. Timmins
S. Timoshenko
M. Tokarev
T.A. Trainor
S. Trentalange
R.E. Tribble
O. Tsai
J. Ulery
T. Ullrich
D.G. Underwood
G. Van Buren
N. Van Der Kolk
M. Van Leeuwen
A.M. VanderMolen
R. Varma
I.M. Vasilevski
A.N. Vasiliev
R. Vernet
S.E. Vigdor
Y.P. Viyogi
S. Vokal
S.A. Voloshin
B. Waggoner
F. Wang
Gang Wang
J.S. Wang
X.L. Wang
Y. Wang
J.W. Watson
J.C. Webb
G.D. Westfall
A. Wetzler
C. Whitten Jr.
H. Wieman
S.W. Wissink
R. Witt
J. Wood
J. Wu
N. Xu
Q.H. Xu
Z. Xu
P. Yepes
I.-K. Yoo
V.I. Yurevich
W. Zhan
H. Zhang
W.M. Zhang
Y. Zhang
Z.P. Zhang
Y. Zhao
C. Zhong
R. Zoulkarneev
Y. Zoulkarneeva
A.N. Zubarev
J.X. Zuo
Publication date: 1 January 2007
Publisher
Doi

Abstract

The plasma wakefield amplitudes which could be achieved via the modulation of a long proton bunch are investigated. We find that in the limit of long bunches compared to the plasma wavelength, the strength of the accelerating fields is directly proportional to the number of particles in the drive bunch and inversely proportional to the square of the transverse bunch size. The scaling laws were tested and verified in detailed simulations using parameters of existing proton accelerators, and large electric fields were achieved, reaching 1 GV/m for LHC bunches. Energy gains for test electrons beyond 6 TeV were found in this case.Comment: 9 pages, 7 figure