מקור פוזיטרונים חדש יכול לתת דחיפה למתנגשים לפטון - עולם הפיזיקה

הדמיות ממוחשבות וניסויי מעבדה שנעשו בשוויץ קידמו את התכנון של סוג חדש של מקור פוזיטרונים שיוכל לשמש בהתנגשויות הלפטונים מהדור הבא, כמו הדגם המוצע. Future Circular Collider (FCC) ב-CERN. פותח על ידי ניקולס ואליס ועמיתיו במכון פול שרר (PSI), התכנון משתמש במגנטים מוליכי-על בטמפרטורה גבוהה כדי לאסוף פוזיטרונים ולמקד אותם לאורה הדוקה. הצוות אומר שהמקור שלו עשוי להיות פעיל במלואו עד 2026.

מקורות פוזיטרונים למאיצים מסתמכים על אפקט הנקרא ייצור זוג, לפיו פוטון בעל אנרגיה גבוהה יוצר אינטראקציה עם גרעיני אטום ליצירת פוזיטרון ואלקטרון. זה נעשה בדרך כלל על ידי ירי קרן אלקטרונים בעלת אנרגיה גבוהה אל מטרה מוצקה צפופה. אלקטרונים המוסטים על ידי אטומים במטרה יקרינו פוטונים, אשר לאחר מכן מתקשרים עם אטומי מטרה אחרים כדי ליצור את צמדי האלקטרון/פוזיטרון.

למרות שגישה זו יוצרת הרבה פוזיטרונים, הם עפים לכיוונים רבים. אם הפוזיטרונים מיועדים לשימוש במאיץ חלקיקים, יש לאסוף אותם ולמקד אותם לתוך קרן. תהליך זה אינו יעיל מאוד, כאשר רוב הפוזיטרונים הולכים לאיבוד.

אתגרים מגנטיים ומכניים

כיום, האיסוף והמיקוד נעשים באמצעות אלקטרומגנטים הנקראים סולנואידים. "עם זאת, החוזק של מגנטים קונבנציונליים, אפילו בטווח הרב-טסלה, מאפשר ללכוד רק חלק קטן מהפוזיטרון שנוצר", מסביר ואליס. "יתרה מכך, היישום המכני שלהם מתנגש עם המטרה, ומרחיק אותה ממיקומה האופטימלי בתוך השדה המגנטי".

בניית מקורות פוזיטרונים טובים יותר היא מטרה של פיזיקאים ומהנדסים העובדים על תכנונים עבור מתנגשי לפטון עתידיים. אלה כוללים את ה-International Linear Collider וגרסה של FCC בשם FCC-ee, שתתנגש פוזיטרונים עם אלקטרונים. הניסוי של PSI Positron Production, או ניסוי P-cubed הוא מאמץ עיצובי כזה.

"אחד האתגרים העומדים בפנינו הוא לייצר, ללכוד ולהעביר פוזיטרונים בכמויות גבוהות מספיק כדי להשיג את הבהירות הרצויה", מתאר ואליס. "P-cubed מטפל בבעיה זו ומציע מקור ומערכת לכידה חדשה של פוזיטרונים עם פוטנציאל לשפר את תפוקת הפוזיטרונים הנוכחית בסדר גודל."

ההתקדמות האחרונה

הגישה של הצוות מבוססת על ההתקדמות האחרונה בתחום הסולנואידים המיוצרים ממוליכים בטמפרטורה גבוהה (HTS). אלה יכולים ליצור שדות מגנטיים גבוהים בהרבה מסולנואידים המשתמשים במוליכים קונבנציונליים.

במחקר האחרון שלהם, Vallis ועמיתיו מתארים כיצד מקור הפוזיטרון שלהם מיושם בלייזר SwissFEL רנטגן חופשי באלקטרון של PSI. פולסים מ-SwissFEL יאיץ צרורות אלקטרונים לעבר מטרה מוצקה שתוקף בסולנואיד HTS החדש. השדה המגנטי של הסולנואיד ימקד פוזיטרונים לשני מאיצי חלל RF עוקבים כדי ליצור אלומת פוזיטרונים

בנוסף לשדה המגנטי החזק של הסולנואיד, Vallis אומר "העיצוב המכני שלו מאפשר טבילה מלאה של המטרה בשדה המגנטי, מה שמאפשר תנאים אופטימליים ללכידת פוזיטרונים".

שיפורים נוספים

עם מערך זה, החוקרים יכלו גם לבחון כיצד רכיבים אחרים יכולים לעזור לשפר את תשואות הפוזיטרון. אלה כוללים חללים להאצת צמצם גדולים, וסידורים חדשים של מכשירי זיהוי. ניסוי ה-P-cubed מותקן כעת ב-SwissFEL והוא אמור להתחיל לפעול בתחילת 2026.

לייזר יוצר אלומת פוזיטרונים באנרגיה גבוהה

"אם ממצאי הניסוי יעמדו בציפיות שלנו, P-cubed ידגים מקור ומערכת לכידה פוזיטרונים חדשה שעולה על היעילות של קודמיו בסדר גודל", אומר ואליס. "בנוסף לכך, מומחי מגנטים ב-PSI הפעילו בהצלחה אב טיפוס של הסולנואיד HTS, ללא ספק המרכיב הקריטי ביותר בניסוי, ומדדו שיא שדה מגנטי של כ-18 T". לשם השוואה, השדה המגנטי הרציף החזק ביותר שנוצר אי פעם במעבדה הוא קצת יותר מ-45 T.

"P-cubed יהיה אחד ממקורות הפוזיטרון הבודדים המתאימים למאיצי חלקיקים ברחבי העולם, ומתקן ייחודי באירופה, ולכן אנחנו רוצים לפתח את מלוא הפוטנציאל והיכולת החדשנית שלו", הוא אומר. "לדוגמה, נבדוק מגוון רעיונות חדשניים, כמו שימוש במטרות גבישיות וחרוטיות לייצור פוזיטרונים משופר יותר."

המחקר מתואר ב מאיצים וקורות סקירה פיזית.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/new-positron-source-could-give-lepton-colliders-a-boost/