Une nouvelle source de positons pourrait donner un coup de pouce aux collisionneurs de leptons – Physics World

Des simulations informatiques et des expériences en laboratoire réalisées en Suisse ont fait progresser la conception d'un nouveau type de source de positons qui pourrait être utilisée dans les collisionneurs de leptons de nouvelle génération tels que le proposé Futur collisionneur circulaire (FCC) au CERN. Développé par Nicolas Vallis et ses collègues de l'Institut Paul Scherrer (PSI), la conception utilise des aimants supraconducteurs à haute température pour collecter des positrons et les focaliser dans un faisceau étroit. L’équipe affirme que sa source pourrait être pleinement opérationnelle d’ici 2026.

Les sources de positons pour accélérateurs reposent sur un effet appelé production de paires, par lequel un photon de haute énergie interagit avec un noyau atomique pour créer un positon et un électron. Cela se fait généralement en tirant un faisceau d’électrons de haute énergie sur une cible solide dense. Les électrons déviés par les atomes de la cible rayonneront des photons, qui interagiront ensuite avec d’autres atomes cibles pour créer les paires électron/positron.

Bien que cette approche crée de nombreux positons, ceux-ci s’envolent dans de nombreuses directions. Si les positons sont destinés à être utilisés dans un accélérateur de particules, ils doivent être rassemblés et focalisés dans un faisceau. Ce processus est très inefficace et la plupart des positons sont perdus.

Défis magnétiques et mécaniques

Aujourd'hui, la collecte et la focalisation se font à l'aide d'électro-aimants appelés solénoïdes. "Cependant, la puissance des aimants conventionnels, même dans la gamme multi-Tesla, ne permet de capturer qu'une petite proportion des positrons générés", explique Vallis. « De plus, leur mise en œuvre mécanique est en conflit avec la cible, la gardant éloignée de son emplacement optimal à l’intérieur du champ magnétique. »

Construire de meilleures sources de positons est un objectif des physiciens et des ingénieurs travaillant sur la conception des futurs collisionneurs de leptons. Il s'agit notamment du collisionneur linéaire international et d'une version du FCC appelée FCC-ee, qui entrerait en collision des positrons avec des électrons. L’expérience PSI Positron Production, ou expérience P-cubed, est l’un de ces efforts de conception.

« L’un des défis auxquels nous sommes confrontés est de produire, capturer et transporter des positrons en quantités suffisamment élevées pour atteindre la luminosité souhaitée », décrit Vallis. "P-cubed résout ce problème et propose un nouveau système de source et de capture de positons avec le potentiel d'améliorer le rendement actuel en positons d'un ordre de grandeur."

Dernières avancées

L'approche de l'équipe est basée sur les dernières avancées en matière de solénoïdes fabriqués à partir de supraconducteurs à haute température (HTS). Ceux-ci peuvent générer des champs magnétiques beaucoup plus élevés que les solénoïdes utilisant des conducteurs conventionnels.

Dans leurs dernières recherches, Vallis et ses collègues décrivent comment leur prototype de source de positons sera mis en œuvre au laser à électrons libres à rayons X SwissFEL du PSI. Les impulsions de SwissFEL accéléreront des paquets d'électrons vers une cible solide qui sera entourée du nouveau solénoïde HTS. Le champ magnétique du solénoïde focalisera ensuite les positons dans deux accélérateurs RF successifs pour créer un faisceau de positrons.

En plus du champ magnétique puissant du solénoïde, Vallis affirme que « sa conception mécanique permet une immersion totale de la cible dans le champ magnétique, permettant ainsi des conditions optimales pour la capture des positons ».

Améliorations supplémentaires

Grâce à cette configuration, les chercheurs pourraient également examiner comment d’autres composants pourraient contribuer à améliorer les rendements en positrons. Il s'agit notamment de cavités accélératrices à grande ouverture et de nouveaux agencements d'instruments de détection. L’expérience P-cubed est actuellement en cours d’installation au SwissFEL et devrait entrer en service début 2026.

Un laser crée un faisceau de positons à haute énergie

"Si les résultats expérimentaux sont à la hauteur de nos attentes, P-cubed démontrera un nouveau système de source et de capture de positrons qui surpasse d'un ordre de grandeur l'efficacité de ses prédécesseurs", explique Vallis. «De plus, les experts en aimants du PSI ont testé avec succès un prototype du solénoïde HTS, sans doute le composant le plus critique de l'expérience, et ont mesuré un champ magnétique maximal d'environ 18 T.» En comparaison, le champ magnétique continu le plus puissant jamais créé en laboratoire est d’un peu plus de 45 T.

"P-cubed sera l'une des rares sources de positons adaptées aux accélérateurs de particules dans le monde et une installation unique en Europe. Nous souhaitons donc développer tout son potentiel et sa capacité d'innovation", déclare-t-il. "Par exemple, nous testerons une série d'idées nouvelles, telles que l'utilisation de cibles cristallines et coniques pour une production encore améliorée de positrons."

La recherche est décrite dans Accélérateurs et faisceaux d’examen physique.

• Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
• PlatoData.Network Ai générative verticale. Autonomisez-vous. Accéder ici.
• PlatoAiStream. Intelligence Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
• PlatonESG. Carbone, Technologie propre, Énergie, Environnement, Solaire, La gestion des déchets. Accéder ici.
• PlatoHealth. Veille biotechnologique et essais cliniques. Accéder ici.
• La source: https://physicsworld.com/a/new-positron-source-could-give-lepton-colliders-a-boost/