Uus positroniallikas võib anda leptonipõrgetijatele tõuke – Physics World

Šveitsis tehtud arvutisimulatsioonid ja laboratoorsed katsed on edendanud uut tüüpi positroniallika kavandamist, mida saaks kasutada järgmise põlvkonna leptonipõrgetites, näiteks kavandatud Tulevane ümmargune põrkur (FCC) CERNis. Arendatud Nicolas Vallis ja kolleegid Paul Scherreri instituudist (PSI) kasutavad disainilahenduses kõrge temperatuuriga ülijuhtmagneteid, et koguda positroneid ja fokuseerida need tihedaks kiireks. Meeskond ütleb, et selle allikas võib täielikult toimida 2026. aastaks.

Kiirendite positroniallikad põhinevad efektil, mida nimetatakse paaride tootmiseks, mille käigus suure energiaga footon interakteerub aatomituumadega, luues positroni ja elektroni. Tavaliselt tehakse seda suure energiaga elektronkiire tulistamisel tihedasse tahkesse sihtmärki. Elektronid, mida sihtmärgis olevad aatomid kõrvale kalduvad, kiirgavad footoneid, mis seejärel interakteeruvad teiste sihtaatomitega, et luua elektronide/positronite paare.

Kuigi see lähenemine loob palju positroneid, lendavad need välja mitmes suunas. Kui positronid on mõeldud kasutamiseks osakeste kiirendis, tuleb need kokku koguda ja kiireks fokusseerida. See protsess on väga ebaefektiivne, enamik positroneid läheb kaotsi.

Magnetilised ja mehaanilised väljakutsed

Tänapäeval toimub kogumine ja teravustamine elektromagnetitega, mida nimetatakse solenoidideks. "Kuid tavaliste magnetite tugevus, isegi mitme Tesla vahemikus, võimaldab tabada vaid väikest osa genereeritud positronitest," selgitab Vallis. "Pealegi on nende mehaaniline rakendamine sihtmärgiga vastuolus, hoides seda magnetvälja optimaalsest asukohast eemal."

Paremate positroniallikate ehitamine on füüsikute ja inseneride eesmärk, kes töötavad tulevaste leptonipõrgetite projekteerimisel. Nende hulka kuuluvad International Linear Collider ja FCC versioon nimega FCC-ee, mis põrkaks positronid elektronidega. PSI positronitootmine ehk P-kuubiku katse on üks selline projekteerimistegevus.

"Üks väljakutseid, millega me silmitsi seisame, on toota, püüda ja transportida positroneid piisavalt suurtes kogustes, et saavutada soovitud heledus," kirjeldab Vallis. "P-cubed tegeleb selle probleemiga ja pakub välja uue positroniallika ja püüdmissüsteemi, mis võib suurendada praegust positroni saagist suurusjärgu võrra."

Viimased edusammud

Meeskonna lähenemisviis põhineb kõrgtemperatuursetest ülijuhtidest (HTS) valmistatud solenoidide viimastel edusammudel. Need võivad tekitada palju suuremaid magnetvälju kui tavalisi juhte kasutavad solenoidid.

Oma viimastes uuringutes kirjeldavad Vallis ja kolleegid, kuidas nende positroniallika prototüüpi rakendatakse PSI SwissFEL-i röntgenivabade elektronide laseris. SwissFEL-i impulsid kiirendavad elektronide kimpu tahke sihtmärgi suunas, mida ümbritseb uus HTS-solenoid. Solenoidi magnetväli fokuseerib seejärel positronid kaheks järjestikuseks RF-õõnsuskiirendiks, et luua positronikiir

Lisaks solenoidi tugevale magnetväljale ütleb Vallis, et "selle mehaaniline disain võimaldab sihtmärgi täielikku sukeldumist magnetvälja, võimaldades optimaalseid tingimusi positroni püüdmiseks".

Edasised täiustused

Selle seadistuse abil võiksid teadlased uurida ka seda, kuidas muud komponendid võiksid aidata parandada positroni saagist. Nende hulka kuuluvad suured avaga kiirendavad õõnsused ja tuvastusvahendite uudsed paigutused. P-kuubiku eksperimenti paigaldatakse praegu SwissFEL-i ja see peaks alustama tööd 2026. aasta alguses.

Laser loob suure energiaga positronikiire

"Kui eksperimentaalsed leiud vastavad meie ootustele, demonstreerib P-cubed uut positroniallikat ja püüdmissüsteemi, mis ületab oma eelkäijate efektiivsust suurusjärgu võrra," ütleb Vallis. "Peale selle on PSI magneteksperdid edukalt käivitanud HTS-solenoidi prototüübi, mis on vaieldamatult katse kõige kriitilisem komponent, ja mõõtnud maksimaalseks magnetväljaks umbes 18 T." Võrdluseks, tugevaim laboris kunagi loodud pidev magnetväli on veidi üle 45 T.

"P-cubed on üks väheseid positroniallikaid, mis sobivad osakeste kiirendite jaoks kogu maailmas, ja ainulaadne rajatis Euroopas, seega tahame arendada selle kogu potentsiaali ja innovatsioonivõimet," ütleb ta. "Näiteks katsetame mitmeid uudseid ideid, nagu kristallide ja kooniliste sihtmärkide kasutamine veelgi täiustatud positronitootmiseks."

Uuringut kirjeldatakse artiklis Füüsilise ülevaate kiirendid ja talad.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/new-positron-source-could-give-lepton-colliders-a-boost/