Τα αντισωματίδια των ηλεκτρονίων ονομάζονται ποζιτρόνια. Μπορούν να δημιουργηθούν χτυπώντας έναν στόχο βαρέων μετάλλων, όπως το βολφράμιο, με ηλεκτρόνια υψηλού ρεύματος και υψηλής ενέργειας. Ωστόσο, εκτός από τα ποζιτρόνια, ο στόχος παράγει σχεδόν ίσες ποσότητες ηλεκτρονίων, που πιάνονται ταυτόχρονα από ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις στο τμήμα σύλληψης ποζιτρονίων που ακολουθεί τον στόχο.
Ηλεκτρονίων και τα φωτόνια διαχωρίζονται με μαγνητική δύναμη αμέσως μετά τη φάση σύλληψης. Είναι δύσκολο να ανιχνεύσουμε ποζιτρόνια και ηλεκτρόνια στο τμήμα σύλληψης ταυτόχρονα. Τρεις παράγοντες καθιστούν δύσκολο να τα δει κανείς καθαρά:
- Ένα περιβάλλον σκληρό για την ακτινοβολία.
- Έλλειψη χώρου για τοποθέτηση οθονών δέσμης.
- Η ανάγκη διάκρισης μεταξύ ποζιτρονίων και ηλεκτρονίων σε σύντομο χρονικό διάστημα.
Παράγονται σε μεγάλες ποσότητες στο «SuperKEKB B-Factory» (SuperKEKB), όπου συνθλίβονται σε ηλεκτρόνια με φωτεινότητα που θέτει παγκόσμια ρεκόρ. Οι φυσικοί εξετάζουν τα μυστήρια της ύλης, αντιύλη ανισορροπία και ίχνη άλλων εξωτικών σωματιδίων εκτός του τυπικού μοντέλου, εξετάζοντας τα εκατοντάδες μοτίβα διάσπασης των μεσονίων Β και των μεσονίων αντι-Β σε αυτές τις συναντήσεις. Ένα από τα σημαντικά συστατικά αυτού του πειράματος είναι η αύξηση της έντασης των ποζιτρονίων για να αυξηθεί ο ρυθμός σύγκρουσης.
Μια ομάδα με επικεφαλής τον καθηγητή Tsuyoshi Suwada του ΚΕΚ εγκατέστησε με επιτυχία έναν νέο τύπο παρακολούθησης δέσμης στην πηγή ποζιτρονίων SuperKEKB.
Σουβάντα είπε, «Η ιδέα είναι να χρησιμοποιήσετε μια οθόνη δέσμης ευρείας ζώνης με μια απλή κεραία ράβδου. Αυτή η ιδέα είναι πολύ γνωστή στις τεχνικές ανίχνευσης κυμάτων ραδιοσυχνοτήτων. Πειραματίστηκε επιτυχώς με τη χρήση δεσμών φορτισμένων σωματιδίων σε επιταχυντές υψηλής ενέργειας, όπως δέσμες ηλεκτρονίων και ποζιτρονίων, για πρώτη φορά στο ΚΕΚ. Αποδεικνύεται ότι μια δέσμη ηλεκτρονίων (ή ποζιτρονίων) προηγείται μιας δέσμης ποζιτρονίων (ή ηλεκτρονίων) με κάποιο χρονικό διάστημα στο πεδίο του χρόνου στο ενότητα λήψης."
«Είναι ενδιαφέρον ότι βρήκαμε σε πειράματα ότι το χρονικό διάστημα μεταξύ ηλεκτρόνια και ποζιτρόνια ποικίλλει περίπλοκα στην περιοχή από 20 έως 280 ps κατά μέσο όρο και η σειρά ταξιδιού τους εναλλάσσεται ανάλογα με την κατάσταση λειτουργίας του τμήματος λήψης. Στη φάση σύλληψης των 0 μοιρών, τα ηλεκτρόνια με αρνητική πολικότητα σήματος προηγούνται των ποζιτρονίων με συν πολικότητα σήματος και το χρονικό διάστημα είναι 137 ps.
«Στη φάση σύλληψης των 180 μοιρών, η ποζιτρόνια με πολικότητα σήματος συν προηγούνται των ηλεκτρονίων με αρνητική πολικότητα σήματος και το χρονικό διάστημα είναι 140 ps. Αποδεικνύεται ότι το χρονικό διάστημα μεταξύ των ηλεκτρονίων και των ποζιτρονίων ποικίλλει περίπλοκα στο πεδίο του χρόνου και η σειρά ταξιδιού ανταλλάσσεται στις φάσεις σύλληψης των 50 και 230 μοιρών».
«Εφαρμοσμένη στο SuperKEKB, η βελτιωμένη απόδοση σύλληψης ποζιτρονίων βοήθησε το SuperKEKB να βελτιώσει τη φωτεινότητα του παγκόσμιου ρεκόρ».
«Χρήσιμες πληροφορίες αφορούν τη βλάβη από την ακτινοβολία του συστήματος παρακολούθησης δέσμης που πρέπει να ληφθούν στο linac του εγχυτήρα κατά τη μακροπρόθεσμη λειτουργία του. Αυτή η νέα οθόνη δέσμης θα μπορούσε να εφαρμοστεί στα εργοστάσια Β επόμενης γενιάς και στο μελλοντικό e+ e- γραμμικοί επιταχυντές».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Suwada, T. Άμεση παρατήρηση της διαδικασίας σύλληψης ποζιτρονίων στην πηγή ποζιτρονίων του εργοστασίου superKEKB B. Sci Rep 12, 18554 (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-22030-5
