Antycząstki elektronów nazywane są pozytonami. Można je wytworzyć poprzez uderzenie w cel wykonany z metalu ciężkiego, takiego jak wolfram, elektronami o wysokim natężeniu prądu i dużej energii. Jednak oprócz pozytonów cel generuje prawie równe ilości elektronów, wychwytywanych jednocześnie przez siły elektryczne i magnetyczne w podążającej za celem sekcji wychwytywania pozytonów.
Elektrony a fotony są oddzielane przez siłę magnetyczną tuż po fazie wychwytywania. Jednoczesne wykrycie pozytonów i elektronów w części przechwytującej jest wyzwaniem. Trzy czynniki utrudniają ich wyraźne zobaczenie:
- Środowisko odporne na promieniowanie.
- Brak miejsca na umieszczenie monitorów belkowych.
- Potrzeba rozróżnienia pozytonów i elektronów w krótkim czasie.
Są one generowane w dużych ilościach w „Fabryce B SuperKEKB” (SuperKEKB), gdzie są miażdżone na elektrony przy jasności ustanawiającej rekordy świata. Fizycy badają tajemnice materii, antymateria brak równowagi oraz ślady innych egzotycznych cząstek poza modelem standardowym, badając setki wzorów rozpadu mezonów B i mezonów anty-B podczas tych spotkań. Jednym z ważnych elementów tego eksperymentu jest zwiększenie intensywności pozytonów w celu zwiększenia częstotliwości zderzeń.
Zespół kierowany przez prof. Tsuyoshi Suwadę z KEK z powodzeniem zainstalował nowy typ monitora wiązki w źródle pozytonów SuperKEKB.
Suwada powiedziany, „Pomysł polega na zastosowaniu monitora szerokopasmowego z prostą anteną prętową. Pomysł ten jest dobrze znany w technikach wykrywania fal o częstotliwości radiowej. W KEK po raz pierwszy z sukcesem przeprowadzono eksperymenty z zastosowaniem wiązek naładowanych cząstek w akceleratorach wysokoenergetycznych, takich jak wiązki elektronów i pozytonów. Okazuje się, że wiązka elektronów (lub pozytonów) poprzedza wiązkę pozytonów (lub elektronów) w pewnym odstępie czasu w dziedzinie czasu w sekcja przechwytywania.”
„Co ciekawe, w eksperymentach odkryliśmy, że odstęp czasu pomiędzy elektrony i pozytony różnią się w dużym stopniu średnio w zakresie od 20 do 280 ps, a ich kolejność przemieszczania się zmienia się w zależności od warunków pracy sekcji wychwytywania. W fazie wychwytu wynoszącej 0 stopni elektrony o ujemnej polaryzacji sygnału poprzedzają pozytony o dodatniej polaryzacji sygnału, a odstęp czasu wynosi 137 ps.
„W fazie przechwytywania wynoszącej 180 stopni, pozytrony z dodatnią polaryzacją sygnału poprzedzają elektrony z ujemną polaryzacją sygnału, a odstęp czasu wynosi 140 ps. Okazuje się, że odstęp czasu między elektronami i pozytonami zmienia się w sposób skomplikowany w dziedzinie czasu, a kolejność przemieszczania się zmienia się w fazach wychwytywania wynoszących 50 i 230 stopni”.
„Zastosowana w SuperKEKB zwiększona skuteczność wychwytywania pozytonów pomogła SuperKEKB poprawić jego światowy rekord jasności”.
„Przydatna informacja dotyczy uszkodzeń radiacyjnych układu monitorowania wiązki, jakie można uzyskać na liniaku wtryskiwacza podczas jego długotrwałej pracy. Ten nowy monitor wiązki można zastosować w fabrykach B nowej generacji i przyszłych e+ e- zderzacze liniowe.”
Referencje czasopisma:
- Suwada, T. Bezpośrednia obserwacja procesu wychwytu pozytonów w źródle pozytonów fabryki superKEKB B. Sci Rep 12 18554 (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-22030-5
