新しい陽電子源はレプトン衝突型加速器に威力を与える可能性 – Physics World

スイスで行われたコンピューターシミュレーションと実験室実験は、提案されているような次世代レプトン衝突型加速器で使用できる新しいタイプの陽電子源の設計を進めた。 未来の円形コライダー (FCC) CERN。によって開発された ニコラス・ヴァリス Paul Scherrer Institute (PSI) の同僚らによるこの設計では、高温超伝導体磁石を使用して陽電子を収集し、それらを緊密なビームに集束させます。研究チームは、その情報源は2026年までに完全に稼働する可能性があると述べている。

加速器の陽電子源は、高エネルギー光子が原子核と相互作用して陽電子と電子を生成する、対生成と呼ばれる効果に依存しています。これは通常、高エネルギーの電子ビームを高密度の固体ターゲットに照射することによって行われます。ターゲット内の原子によって偏向された電子は光子を放射し、その後他のターゲット原子と相互作用して電子/陽電子ペアを作成します。

このアプローチでは陽電子が大量に生成されますが、陽電子はさまざまな方向に飛び去ります。陽電子が粒子加速器で使用される予定である場合、陽電子は集められ、ビームに集束されなければなりません。このプロセスは非常に非効率的であり、ほとんどの陽電子が失われます。

磁気的および機械的課題

現在、収集と焦点合わせはソレノイドと呼ばれる電磁石を使用して行われます。 「しかし、従来の磁石の強度では、たとえマルチテスラの範囲であっても、生成された陽電子のごく一部しか捕捉できません」とヴァリス氏は説明する。 「さらに、それらの機械的実装はターゲットと矛盾しており、ターゲットを磁場内の最適な位置から遠ざけています。」

より優れた陽電子源を構築することは、将来のレプトン衝突型加速器の設計に取り組む物理学者や技術者の目標です。これらには、国際リニアコライダーと、陽電子を電子と衝突させる FCC-ee と呼ばれる FCC のバージョンが含まれます。 PSI Positron Production、つまり P-cube 実験は、そのような設計作業の 1 つです。

「私たちが直面している課題の 1 つは、望ましい光度を達成するために十分な量の陽電子を生成、捕捉、輸送することです」とヴァリス氏は説明します。 「P-cubed はこの問題に取り組み、現在の陽電子収量を一桁向上させる可能性のある新しい陽電子源と捕捉システムを提案します。」

最新の進歩

チームのアプローチは、高温超伝導体 (HTS) から作られたソレノイドの最新の進歩に基づいています。これらは、従来の導体を使用するソレノイドよりもはるかに高い磁場を生成できます。

Vallisらは最新の研究で、プロトタイプの陽電子源がPSIのSwissFEL X線自由電子レーザーにどのように実装されるかを説明している。 SwissFEL からのパルスは、新しい HTS ソレノイドに囲まれた固体ターゲットに向かって電子の束を加速します。ソレノイドの磁場は陽電子を 2 つの連続する RF 空洞加速器に集束させ、陽電子ビームを生成します。

ソレノイドの強力な磁場に加えて、「その機械設計により、ターゲットを磁場に完全に浸すことができ、陽電子捕獲に最適な条件が可能になります」とヴァリス氏は述べています。

さらなる改善

この設定により、研究者は、他のコンポーネントが陽電子収量の向上にどのように役立つかを調べることもできます。これらには、大口径の加速空洞や検出機器の新しい配置が含まれます。 P-cubed 実験は現在 SwissFEL に設置されており、2026 年初めに運用が開始される予定です。

レーザーは高エネルギー陽電子ビームを生成します

「実験結果が私たちの期待に沿うものであれば、P-cubed は、以前の製品の効率を一桁上回る新しい陽電子源と捕捉システムを実証することになります」とヴァリス氏は言います。 「それに加えて、PSI の磁石専門家は、おそらく実験の最も重要なコンポーネントである HTS ソレノイドのプロトタイプの実行に成功し、約 18 T のピーク磁場を測定しました。」比較すると、これまでに研究室で作成された最も強い連続磁場は 45 T をわずかに超えるものです。

「P-cubedは、粒子加速器に適した世界中の数少ない陽電子源の1つであり、ヨーロッパでもユニークな施設となるため、私たちはその可能性と革新的な能力を最大限に開発したいと考えています。」と彼は言います。 「例えば、陽電子生成をさらに強化するために結晶や円錐形のターゲットを使用するなど、さまざまな新しいアイデアをテストします。」

研究はで説明されています 物理レビューのアクセラレータとビーム.

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