De antideeltjes van elektronen worden positronen genoemd. Ze kunnen worden gemaakt door een doelwit van zwaar metaal, zoals wolfraam, te raken met elektronen met hoge stroomsterkte en hoge energie. Naast positronen genereert het doel echter bijna gelijke hoeveelheden elektronen, die tegelijkertijd worden opgevangen door elektrische en magnetische krachten in het positronenvanggedeelte dat het doel volgt.
elektronen en fotonen worden vlak na de vangfase gescheiden door magnetische kracht. Het is een uitdaging om tegelijkertijd positronen en elektronen in het vanggedeelte te detecteren. Drie factoren maken het moeilijk om ze duidelijk te zien:
- Een stralingsharde omgeving.
- Een gebrek aan ruimte om beammonitors te plaatsen.
- De noodzaak om in korte tijd onderscheid te maken tussen positronen en elektronen.
Ze worden in grote hoeveelheden gegenereerd in de “SuperKEKB B-Factory” (SuperKEKB), waar ze tot elektronen worden verpletterd met een helderheid die wereldrecords vestigt. Natuurkundigen onderzoeken de mysteries van de materie, antimaterie onbalans en sporen van andere exotische deeltjes buiten het standaardmodel door de honderden vervalpatronen van B-mesonen en anti-B-mesonen in deze ontmoetingen te onderzoeken. Een van de belangrijke componenten van dit experiment is het verhogen van de positronintensiteit om de botsingsfrequentie te vergroten.
Een team onder leiding van prof. Tsuyoshi Suwada van KEK heeft met succes een nieuw type straalmonitor in de SuperKEKB-positronbron geïnstalleerd.
Suwada zei, “Het idee is om een breedbandbundelmonitor te gebruiken met een eenvoudige staafantenne. Dit idee is bekend bij de detectietechnieken voor radiofrequentiegolven. Bij KEK werd voor het eerst met succes geëxperimenteerd met het gebruik van geladen deeltjesbundels in hoogenergetische versnellers, zoals elektronen- en positronenbundels. Het blijkt dat een elektronenbundel (of positronenbundel) voorafgaat aan een positronenbundel (of elektronenbundel) met een bepaald tijdsinterval in het tijdsdomein in de opnamegedeelte.”
“Interessant genoeg vonden we in experimenten dat het tijdsinterval tussen elektronen en positronen varieert ingewikkeld in het bereik van gemiddeld 20 tot 280 ps, en hun bewegingsvolgorde wordt verwisseld afhankelijk van de werkingsomstandigheden van de opnamesectie. Bij de vangfase van 0 graden gaan de elektronen met min-signaalpolariteit vooraf aan de positronen met plus-signaalpolariteit, en het tijdsinterval is 137 ps.
“In de vangfase van 180 graden is de positronen met plus-signaalpolariteit gaan vooraf aan de elektronen met minus-signaalpolariteit, en het tijdsinterval is 140 ps. Het blijkt dat het tijdsinterval tussen de elektronen en positronen op ingewikkelde wijze varieert in het tijdsdomein, en dat de bewegingsvolgorde wordt verwisseld bij de vangfasen van 50 en 230 graden.”
“Toegepast in de SuperKEKB hielp de verbeterde opvangefficiëntie van positronen de SuperKEKB om zijn wereldrecord helderheid te verbeteren.”
“Nuttige informatie gaat over de stralingsschade van het bundelmonitorsysteem die bij de injectorlinac kan worden verkregen bij langdurig gebruik. Deze nieuwe straalmonitor zou kunnen worden toegepast in de volgende generatie B-fabrieken en toekomstige b.v+ e- lineaire botsingen.”
Journal Reference:
- Suwada, T. Directe observatie van het positronvangstproces bij de positronbron van de superKEKB B-fabriek. Sci Rep 12 (18554). DOI: 10.1038/s41598-022-22030-5
