Az új pozitronforrás lendületet adhat a leptonütköztetőknek – Physics World

A Svájcban végzett számítógépes szimulációk és laboratóriumi kísérletek előmozdították egy új típusú pozitronforrás tervezését, amely felhasználható lenne a következő generációs leptonütköztetőkben, mint például a javasolt Future Circular Collider (FCC) a CERN-ben. Által kifejlesztett Nicolas Vallis és munkatársai a Paul Scherrer Intézetben (PSI) a tervezés magas hőmérsékletű szupravezető mágneseket használ a pozitronok összegyűjtésére és szűk sugárba fókuszálására. A csapat szerint a forrása 2026-ra teljesen működőképes lehet.

A gyorsítók pozitronforrásai egy pártermelésnek nevezett hatásra támaszkodnak, amelynek során egy nagy energiájú foton kölcsönhatásba lép az atommagokkal, és pozitront és elektront hoz létre. Ez általában úgy történik, hogy nagy energiájú elektronsugarat lőnek ki egy sűrű szilárd célpontba. Azok az elektronok, amelyeket a célpontban lévő atomok eltérítenek, fotonokat sugároznak, amelyek aztán kölcsönhatásba lépnek más célatomokkal, és létrehozzák az elektron/pozitron párokat.

Bár ez a megközelítés sok pozitront hoz létre, ezek sok irányba repülnek el. Ha a pozitronokat részecskegyorsítóban kívánják használni, akkor össze kell őket gyűjteni, és sugárnyalábba kell fókuszálni. Ez a folyamat nagyon nem hatékony, a legtöbb pozitron elveszik.

Mágneses és mechanikai kihívások

Ma az összegyűjtés és a fókuszálás elektromágnesek, úgynevezett szolenoidok segítségével történik. „A hagyományos mágnesek erőssége azonban még a több Tesla tartományban is csak a generált pozitronok kis hányadának rögzítését teszi lehetővé” – magyarázza Vallis. "Sőt, mechanikai megvalósításuk ütközik a céllal, távol tartja azt a mágneses téren belüli optimális helyétől."

A jövőbeli leptonütköztetők tervezésén dolgozó fizikusok és mérnökök célja a jobb pozitronforrások kiépítése. Ezek közé tartozik az International Linear Collider és az FCC FCC-ee nevű változata, amely pozitronokat ütköztet elektronokkal. A PSI Positron Production vagy P-cubed kísérlet egy ilyen tervezési erőfeszítés.

„Az egyik kihívás, amellyel szembe kell néznünk, a pozitronok kellően nagy mennyiségben történő előállítása, rögzítése és szállítása a kívánt fényerő eléréséhez” – írja le Vallis. "A P-cubed megoldja ezt a problémát, és egy új pozitronforrást és -befogó rendszert javasol, amely nagyságrenddel növelheti a jelenlegi pozitronhozamot."

Legújabb fejlesztések

A csapat megközelítése a magas hőmérsékletű szupravezetőkből (HTS) készült mágnesszelepek legújabb fejlesztésein alapul. Ezek sokkal nagyobb mágneses teret tudnak generálni, mint a hagyományos vezetőket használó mágnestekercsek.

Vallis és munkatársai legújabb kutatásukban leírják, hogyan valósítják meg prototípusukat pozitronforrásukat a PSI SwissFEL röntgensugaras szabadelektron-lézerében. A SwissFEL impulzusai felgyorsítják az elektroncsomókat egy szilárd cél felé, amelyet az új HTS mágnesszelep veszi körül. A szolenoid mágneses tere ezután a pozitronokat két egymást követő RF üreggyorsítóba fókuszálja, hogy pozitronnyalábot hozzon létre.

A szolenoid erős mágneses tere mellett Vallis szerint „mechanikai kialakítása lehetővé teszi a célpont teljes elmerülését a mágneses térben, optimális feltételeket biztosítva a pozitronbefogáshoz”.

További fejlesztések

Ezzel a beállítással a kutatók azt is megvizsgálhatták, hogy más összetevők hogyan segíthetik a pozitronhozamok javítását. Ide tartoznak a nagy rekesznyílású gyorsító üregek és az érzékelő műszerek újszerű elrendezései. A P-kockás kísérletet jelenleg telepítik a SwissFEL-nél, és 2026 elején kell megkezdenie működését.

A lézer nagy energiájú pozitronsugarat hoz létre

"Ha a kísérleti eredmények beváltják az elvárásainkat, a P-cubed egy új pozitronforrást és befogó rendszert fog bemutatni, amely nagyságrenddel felülmúlja elődei hatékonyságát" - mondja Vallis. "Ezen felül a PSI mágneses szakértői sikeresen lefuttatták a HTS mágnesszelep prototípusát, amely vitathatatlanul a kísérlet legkritikusabb összetevője, és körülbelül 18 T-os csúcsmágneses teret mértek." Összehasonlításképpen, a laboratóriumban valaha létrehozott legerősebb folytonos mágneses tér valamivel több, mint 45 T.

„A P-cubed azon kevés pozitronforrások egyike lesz, amelyek világszerte alkalmasak részecskegyorsítókra, és egyedülálló létesítmény Európában, ezért szeretnénk teljes potenciálját és innovációs kapacitását kibontakozni” – mondja. "Például egy sor újszerű ötletet tesztelünk, mint például a kristály és a kúpos célpontok felhasználása a továbbfejlesztett pozitrontermelés érdekében."

A kutatás leírása a Fizikai áttekintés gyorsítók és gerendák.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/new-positron-source-could-give-lepton-colliders-a-boost/