नया पॉज़िट्रॉन स्रोत लेप्टान कोलाइडर को बढ़ावा दे सकता है - फिजिक्स वर्ल्ड

स्विट्जरलैंड में किए गए कंप्यूटर सिमुलेशन और प्रयोगशाला प्रयोगों ने एक नए प्रकार के पॉज़िट्रॉन स्रोत के डिजाइन को उन्नत किया है जिसका उपयोग प्रस्तावित जैसे अगली पीढ़ी के लेप्टान कोलाइडर में किया जा सकता है। फ्यूचर सर्कुलर कोलाइडर (एफसीसी) सीईआरएन में। द्वारा विकसित निकोलस वालिस और पॉल शेरर इंस्टीट्यूट (पीएसआई) के सहयोगियों के अनुसार, डिज़ाइन पॉज़िट्रॉन को इकट्ठा करने और उन्हें एक तंग बीम में केंद्रित करने के लिए उच्च तापमान-सुपरकंडक्टर मैग्नेट का उपयोग करता है। टीम का कहना है कि इसका स्रोत 2026 तक पूरी तरह से चालू हो सकता है।

त्वरक के लिए पॉज़िट्रॉन स्रोत जोड़ी उत्पादन नामक प्रभाव पर निर्भर करते हैं, जिससे एक उच्च-ऊर्जा फोटॉन एक पॉज़िट्रॉन और एक इलेक्ट्रॉन बनाने के लिए परमाणु नाभिक के साथ बातचीत करता है। यह आमतौर पर एक उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन किरण को घने ठोस लक्ष्य में फायर करके किया जाता है। लक्ष्य में परमाणुओं द्वारा विक्षेपित इलेक्ट्रॉन फोटॉन उत्सर्जित करेंगे, जो फिर इलेक्ट्रॉन/पॉज़िट्रॉन जोड़े बनाने के लिए अन्य लक्ष्य परमाणुओं के साथ बातचीत करते हैं।

हालाँकि यह दृष्टिकोण बहुत सारे पॉज़िट्रॉन बनाता है, वे कई दिशाओं में उड़ते हैं। यदि पॉज़िट्रॉन कण त्वरक में उपयोग के लिए नियत हैं, तो उन्हें इकट्ठा किया जाना चाहिए और एक बीम में केंद्रित किया जाना चाहिए। यह प्रक्रिया बहुत अप्रभावी है, जिसमें अधिकांश पॉज़िट्रॉन नष्ट हो जाते हैं।

चुंबकीय और यांत्रिक चुनौतियाँ

आज, एकत्रीकरण और फोकसिंग सोलेनोइड्स नामक विद्युत चुम्बकों का उपयोग करके किया जाता है। "हालांकि, पारंपरिक चुम्बकों की ताकत, यहां तक ​​कि मल्टी-टेस्ला रेंज में भी, उत्पन्न पॉज़िट्रॉन के केवल एक छोटे से हिस्से को ही कैप्चर करने की अनुमति देती है," वालिस बताते हैं। "इसके अलावा, उनका यांत्रिक कार्यान्वयन लक्ष्य के साथ संघर्ष में है, जिससे यह चुंबकीय क्षेत्र के अंदर अपने इष्टतम स्थान से दूर रहता है।"

बेहतर पॉज़िट्रॉन स्रोत बनाना भविष्य के लेप्टान कोलाइडर के डिज़ाइन पर काम कर रहे भौतिकविदों और इंजीनियरों का लक्ष्य है। इनमें इंटरनेशनल लीनियर कोलाइडर और FCC का एक संस्करण जिसे FCC-ee कहा जाता है, शामिल है, जो पॉज़िट्रॉन को इलेक्ट्रॉनों से टकराएगा। पीएसआई पॉज़िट्रॉन प्रोडक्शन, या पी-क्यूब्ड प्रयोग एक ऐसा डिज़ाइन प्रयास है।

वालिस का वर्णन है, "हमारे सामने आने वाली चुनौतियों में से एक वांछित चमक प्राप्त करने के लिए पर्याप्त उच्च मात्रा में पॉज़िट्रॉन का उत्पादन, कैप्चर और परिवहन करना है।" "पी-क्यूबेड इस समस्या का समाधान करता है और एक नए पॉज़िट्रॉन स्रोत और कैप्चर सिस्टम का प्रस्ताव करता है जिसमें वर्तमान पॉज़िट्रॉन उपज को परिमाण के क्रम से बढ़ाने की क्षमता होती है।"

नवीनतम प्रगति

टीम का दृष्टिकोण उच्च तापमान वाले सुपरकंडक्टर्स (एचटीएस) से बने सोलनॉइड में नवीनतम प्रगति पर आधारित है। ये पारंपरिक कंडक्टरों का उपयोग करने वाले सोलनॉइड की तुलना में बहुत अधिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न कर सकते हैं।

अपने नवीनतम शोध में, वालिस और सहकर्मियों ने बताया कि उनके प्रोटोटाइप पॉज़िट्रॉन स्रोत को पीएसआई के स्विसएफएल एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेजर पर कैसे लागू किया जाएगा। स्विसएफईएल के पल्स इलेक्ट्रॉनों के समूह को एक ठोस लक्ष्य की ओर गति देंगे जो नए एचटीएस सोलनॉइड से घिरा होगा। सोलनॉइड का चुंबकीय क्षेत्र पॉज़िट्रॉन बीम बनाने के लिए पॉज़िट्रॉन को दो क्रमिक आरएफ गुहा त्वरक में केंद्रित करेगा

सोलनॉइड के मजबूत चुंबकीय क्षेत्र के अलावा, वैलिस कहते हैं, "इसका यांत्रिक डिज़ाइन चुंबकीय क्षेत्र में लक्ष्य के पूर्ण विसर्जन की अनुमति देता है, जिससे पॉज़िट्रॉन कैप्चर के लिए इष्टतम स्थिति सक्षम होती है"।

आगे सुधार

इस सेटअप के साथ, शोधकर्ता यह भी जांच सकते हैं कि अन्य घटक पॉज़िट्रॉन पैदावार को बेहतर बनाने में कैसे मदद कर सकते हैं। इनमें बड़े एपर्चर त्वरित करने वाली गुहाएं, और पता लगाने वाले उपकरणों की नवीन व्यवस्थाएं शामिल हैं। पी-क्यूब्ड प्रयोग वर्तमान में स्विसएफईएल में स्थापित किया जा रहा है और इसका संचालन 2026 की शुरुआत में शुरू हो जाना चाहिए।

लेज़र उच्च-ऊर्जा पॉज़िट्रॉन किरण बनाता है

"यदि प्रयोगात्मक निष्कर्ष हमारी उम्मीदों पर खरे उतरते हैं, तो पी-क्यूबेड एक नया पॉज़िट्रॉन स्रोत और कैप्चर सिस्टम प्रदर्शित करेगा जो परिमाण के क्रम में अपने पूर्ववर्तियों की दक्षता से बेहतर प्रदर्शन करेगा," वालिस कहते हैं। "उसके शीर्ष पर, पीएसआई के चुंबक विशेषज्ञों ने एचटीएस सोलनॉइड का एक प्रोटोटाइप सफलतापूर्वक चलाया है, जो संभवतः प्रयोग का सबसे महत्वपूर्ण घटक है, और लगभग 18 टी के चरम चुंबकीय क्षेत्र को मापा है।" इसकी तुलना में, प्रयोगशाला में अब तक बनाया गया सबसे मजबूत निरंतर चुंबकीय क्षेत्र 45 टी से थोड़ा अधिक है।

"पी-क्यूबेड दुनिया भर में कण त्वरक के लिए उपयुक्त कुछ पॉज़िट्रॉन स्रोतों में से एक होगा, और यूरोप में एक अनूठी सुविधा होगी, इसलिए हम इसकी पूरी क्षमता और नवीन क्षमता विकसित करना चाहते हैं," वे कहते हैं। "उदाहरण के लिए, हम नए विचारों की एक श्रृंखला का परीक्षण करेंगे, जैसे कि पॉज़िट्रॉन उत्पादन को और अधिक बढ़ाने के लिए क्रिस्टल और शंक्वाकार लक्ष्यों का उपयोग।"

में अनुसंधान वर्णित है भौतिक समीक्षा त्वरक और बीम.

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/new-positron-source-could-give-lepton-colliders-a-boost/