Uusi positronilähde voisi antaa leptonin törmätäjille vauhtia – Physics World

Sveitsissä tehdyt tietokonesimulaatiot ja laboratoriokokeet ovat edistäneet uudentyyppisen positronilähteen suunnittelua, jota voitaisiin käyttää seuraavan sukupolven leptonin törmätäjissä, kuten ehdotetuissa Tuleva pyöreä kolari (FCC) CERNissä. Kehittäjä Nicolas Vallis ja kollegansa Paul Scherrer Institutessa (PSI) suunnittelussa käytetään korkean lämpötilan suprajohdemagneetteja positronien keräämiseen ja niiden keskittämiseen tiukkaan säteen muotoon. Tiimi sanoo, että sen lähde voisi olla täysin toiminnassa vuoteen 2026 mennessä.

Kiihdytinten positronilähteet perustuvat parin muodostukseksi kutsuttuun vaikutukseen, jossa korkeaenerginen fotoni on vuorovaikutuksessa atomiytimien kanssa luoden positroni ja elektroni. Tämä tehdään yleensä ampumalla korkeaenerginen elektronisuihku tiheään kiinteään kohteeseen. Kohteessa olevien atomien poikkeuttamat elektronit säteilevät fotoneja, jotka sitten ovat vuorovaikutuksessa muiden kohdeatomien kanssa muodostaen elektroni/positroniparit.

Vaikka tämä lähestymistapa luo paljon positroneja, ne lentävät moniin suuntiin. Jos positronit on tarkoitettu käytettäviksi hiukkaskiihdyttimessä, ne on kerättävä ja fokusoitava säteeksi. Tämä prosessi on erittäin tehoton, ja useimmat positronit menetetään.

Magneettiset ja mekaaniset haasteet

Nykyään kokoaminen ja tarkennus tehdään solenoideiksi kutsuttujen sähkömagneettien avulla. "Perinteisten magneettien vahvuus, jopa usean Teslan alueella, mahdollistaa kuitenkin vain pienen osan syntyneistä positroneista siepata", Vallis selittää. "Lisäksi niiden mekaaninen toteutus on ristiriidassa kohteen kanssa pitäen sen poissa optimaalisesta sijainnistaan ​​magneettikentän sisällä."

Parempien positronilähteiden rakentaminen on fyysikkojen ja insinöörien tavoitteena tulevien leptonitörmäyslaitteiden suunnittelussa. Näitä ovat International Linear Collider ja FCC-ee-niminen FCC-versio, joka törmää positroneja elektroneihin. PSI Positron Production eli P-kuutiokoe on yksi tällainen suunnittelutyö.

"Yksi haasteistamme on tuottaa, siepata ja kuljettaa positroneja riittävän suuria määriä halutun valoisuuden saavuttamiseksi", Vallis kuvailee. "P-cubed käsittelee tätä ongelmaa ja ehdottaa uutta positronilähdettä ja sieppausjärjestelmää, joka voi parantaa nykyistä positronien saantoa suuruusluokkaa."

Viimeisimmät edistysaskeleet

Ryhmän lähestymistapa perustuu korkean lämpötilan suprajohteista (HTS) valmistettujen solenoidien uusimpiin saavutuksiin. Nämä voivat tuottaa paljon suurempia magneettikenttiä kuin tavanomaisia ​​johtimia käyttävät solenoidit.

Uusimmassa tutkimuksessaan Vallis ja kollegat kuvaavat, kuinka heidän positronilähteensä prototyyppi toteutetaan PSI:n SwissFEL-röntgenvapaiden elektronien laserilla. SwissFELin pulssit kiihdyttävät elektronijoukkoja kohti kiinteää kohdetta, jota ympäröi uusi HTS-solenoidi. Solenoidin magneettikenttä fokusoi sitten positronit kahteen peräkkäiseen RF-ontelokiihdyttimeen positronisäteen luomiseksi

Solenoidin vahvan magneettikentän lisäksi Vallis sanoo, että "sen mekaaninen rakenne mahdollistaa kohteen täydellisen uppoamisen magneettikenttään, mikä mahdollistaa optimaaliset olosuhteet positronikaappaukselle".

Lisäparannuksia

Tällä asetuksella tutkijat voisivat myös tutkia, kuinka muut komponentit voisivat auttaa parantamaan positronisaatoja. Näitä ovat suuret aukon kiihdyttävät ontelot ja uudet ilmaisuinstrumenttien järjestelyt. P-cubed-kokeilua asennetaan parhaillaan SwissFEL:iin, ja sen pitäisi alkaa toimia vuoden 2026 alussa.

Laser luo korkean energian positronisäteen

"Jos kokeelliset havainnot täyttävät odotuksemme, P-cubed esittelee uutta positronilähdettä ja sieppausjärjestelmää, joka ylittää edeltäjiensä tehokkuuden suuruusluokkaa", Vallis sanoo. "Sen lisäksi PSI:n magneettiasiantuntijat ovat onnistuneesti ajaneet HTS-solenoidin prototyypin, joka on todennäköisesti kokeen kriittisin komponentti, ja mitannut noin 18 T:n huippumagneettikentän." Vertailun vuoksi voimakkain laboratoriossa koskaan luotu jatkuva magneettikenttä on hieman yli 45 T.

"P-cubed tulee olemaan yksi harvoista positronilähteistä, jotka soveltuvat hiukkaskiihdyttimiin maailmanlaajuisesti, ja ainutlaatuinen laitos Euroopassa, joten haluamme kehittää sen täyttä potentiaalia ja innovatiivisuutta", hän sanoo. "Testaamme esimerkiksi useita uusia ideoita, kuten kiteen ja kartiomaisten kohteiden käyttöä positronituotannon tehostamiseksi."

Tutkimusta kuvataan Fyysiset katsastuskiihdytit ja säteet.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/new-positron-source-could-give-lepton-colliders-a-boost/