Die Antiteilchen der Elektronen werden Positronen genannt. Sie können erzeugt werden, indem ein Ziel aus Schwermetall wie Wolfram mit Hochstrom- und Hochenergieelektronen beaufschlagt wird. Zusätzlich zu Positronen erzeugt das Ziel jedoch nahezu gleiche Mengen an Elektronen, die gleichzeitig von elektrischen und magnetischen Kräften im Positroneneinfangabschnitt, der dem Ziel folgt, eingefangen werden.
Elektronen und Photonen werden unmittelbar nach der Einfangphase durch Magnetkraft getrennt. Es ist eine Herausforderung, Positronen und Elektronen gleichzeitig im Einfangteil nachzuweisen. Drei Faktoren machen es schwierig, sie klar zu erkennen:
- Eine strahlungsharte Umgebung.
- Es fehlt Platz für die Platzierung von Beam-Monitoren.
- Die Notwendigkeit, in kurzer Zeit zwischen Positronen und Elektronen zu unterscheiden.
Sie werden in großen Mengen in der „SuperKEKB B-Factory“ (SuperKEKB) erzeugt und dort mit einer Helligkeit, die Weltrekorde aufstellt, in Elektronen zerkleinert. Physiker erforschen die Geheimnisse der Materie, Antimaterie Ungleichgewicht und Spuren anderer exotischer Teilchen außerhalb des Standardmodells durch Untersuchung der Hunderten von Zerfallsmustern von B-Mesonen und Anti-B-Mesonen in diesen Begegnungen. Eine der wichtigen Komponenten dieses Experiments ist die Erhöhung der Positronenintensität, um die Kollisionsrate zu erhöhen.
Einem Team unter der Leitung von Prof. Tsuyoshi Suwada vom KEK gelang es, einen neuartigen Strahlmonitor in die Positronenquelle SuperKEKB einzubauen.
Suwada sagte, „Die Idee ist, einen Breitband-Beam-Monitor mit einer einfachen Stabantenne zu verwenden. Diese Idee ist bei Techniken zur Detektion von Hochfrequenzwellen wohlbekannt. Am KEK wurde erstmals erfolgreich mit der Nutzung geladener Teilchenstrahlen in Hochenergiebeschleunigern wie Elektronen- und Positronenstrahlen experimentiert. Es stellt sich heraus, dass ein Elektronenstrahl (oder Positronenstrahl) einem Positronenstrahl (oder Elektronenstrahl) mit einem gewissen Zeitintervall im Zeitbereich vorausgeht Capture-Bereich.“
„Interessanterweise haben wir in Experimenten festgestellt, dass der Zeitabstand zwischen Elektronen und Positronen variiert stark im Bereich von durchschnittlich 20 bis 280 ps und ihre Bewegungsreihenfolge ist je nach Betriebszustand des Erfassungsabschnitts vertauscht. In der Einfangphase von 0 Grad gehen die Elektronen mit negativer Signalpolarität den Positronen mit positiver Signalpolarität voraus, und das Zeitintervall beträgt 137 ps.“
„In der Erfassungsphase von 180 Grad ist die Positronen mit Plus-Signalpolarität gehen den Elektronen mit Minus-Signalpolarität voraus, und das Zeitintervall beträgt 140 ps. Es stellt sich heraus, dass der Zeitabstand zwischen den Elektronen und Positronen im Zeitbereich stark variiert und die Wanderreihenfolge bei den Einfangphasen von 50 und 230 Grad vertauscht ist.“
„Die im SuperKEKB angewendete verbesserte Einfangeffizienz von Positronen half dem SuperKEKB, seine Weltrekord-Leuchtkraft zu verbessern.“
„Nützliche Informationen beziehen sich auf die Strahlungsschäden, die das Strahlüberwachungssystem am Injektor-Linearbeschleuniger im längerfristigen Betrieb erleiden wird. Dieser neue Strahlmonitor könnte in den B-Fabriken der nächsten Generation und in Zukunft z. B. eingesetzt werden+ e- Linearbeschleuniger.“
Journal Referenz:
- Suwada, T. Direkte Beobachtung des Positroneneinfangprozesses an der Positronenquelle der superKEKB B-Fabrik. Sci Rep 12, 18554 (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-22030-5
