สารต้านอนุภาคของอิเล็กตรอนเรียกว่าโพซิตรอน พวกมันสามารถสร้างขึ้นได้โดยการชนเป้าหมายที่เป็นโลหะหนัก เช่น ทังสเตน ด้วยอิเล็กตรอนที่มีกระแสสูงและพลังงานสูง อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากโพซิตรอนแล้ว เป้าหมายยังสร้างอิเล็กตรอนในปริมาณเกือบเท่ากัน โดยจับพร้อมกันด้วยแรงไฟฟ้าและแม่เหล็กในส่วนการจับโพซิตรอนที่ติดตามเป้าหมาย
อิเล็กตรอน และโฟตอนจะถูกแยกออกจากกันด้วยแรงแม่เหล็กหลังจากขั้นตอนการดักจับ การตรวจจับโพซิตรอนและอิเล็กตรอนในส่วนการจับพร้อมกันนั้นเป็นเรื่องท้าทาย ปัจจัยสามประการที่ทำให้มองเห็นได้ชัดเจนได้ยาก:
- สภาพแวดล้อมที่มีรังสียาก
- ไม่มีพื้นที่สำหรับวางมอนิเตอร์ลำแสง
- ความจำเป็นในการแยกแยะระหว่างโพซิตรอนและอิเล็กตรอนในระยะเวลาอันสั้น
พวกมันถูกสร้างขึ้นในปริมาณมากใน “SuperKEKB B-Factory” (SuperKEKB) ซึ่งพวกมันถูกบดขยี้เป็นอิเล็กตรอนด้วยความสว่างที่สร้างสถิติโลก นักฟิสิกส์มองเข้าไปในความลึกลับของสสาร ปฏิสสาร ความไม่สมดุล และร่องรอยของอนุภาคแปลกปลอมอื่นๆ ที่อยู่นอกแบบจำลองมาตรฐานโดยการตรวจสอบรูปแบบการสลายตัวของมีซอนบีและแอนตีบีมีซอนหลายร้อยรูปแบบในการเผชิญหน้าเหล่านี้ องค์ประกอบที่สำคัญอย่างหนึ่งของการทดลองนี้คือการเพิ่มความเข้มของโพซิตรอนเพื่อเพิ่มอัตราการชนกัน
ทีมงานที่นำโดยศาสตราจารย์ซึโยชิ สุวาดะแห่ง KEK ประสบความสำเร็จในการติดตั้งเครื่องตรวจสอบลำแสงชนิดใหม่ลงในแหล่งกำเนิดโพซิตรอน SuperKEKB
สุวาดะ กล่าวว่า, “แนวคิดก็คือการใช้เครื่องตรวจสอบลำแสงแถบความถี่กว้างกับเสาอากาศแบบแท่งธรรมดา แนวคิดนี้เป็นที่รู้จักกันดีในเทคนิคการตรวจจับคลื่นความถี่วิทยุ ประสบความสำเร็จในการทดลองโดยใช้ลำแสงอนุภาคที่มีประจุในตัวเร่งปฏิกิริยาพลังงานสูง เช่น ลำแสงอิเล็กตรอนและโพซิตรอน เป็นครั้งแรกที่ KEK ปรากฎว่าลำแสงอิเล็กตรอน (หรือโพซิตรอน) นำหน้าลำแสงโพซิตรอน (หรืออิเล็กตรอน) โดยมีช่วงเวลาหนึ่งในโดเมนเวลาใน ส่วนการจับ”
“ที่น่าสนใจคือเราพบในการทดลองว่าช่วงเวลาระหว่างนั้น อิเล็กตรอนและโพสิตรอน จะแตกต่างกันอย่างซับซ้อนในช่วง 20 ถึง 280 ps โดยเฉลี่ย และลำดับการเคลื่อนที่จะสับเปลี่ยนกัน ขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานของส่วนการจับ ที่เฟสการจับที่ 0 องศา อิเล็กตรอนที่มีขั้วสัญญาณลบอยู่ข้างหน้าโพซิตรอนที่มีขั้วสัญญาณบวก และช่วงเวลาคือ 137 ps”
“ที่ระยะการจับที่ 180 องศา โพสิตรอน ที่มีขั้วสัญญาณบวกอยู่ข้างหน้าอิเล็กตรอนที่มีขั้วสัญญาณลบ และช่วงเวลาคือ 140 พิโคเซคอน ปรากฎว่าช่วงเวลาระหว่างอิเล็กตรอนและโพซิตรอนแปรผันอย่างซับซ้อนในโดเมนเวลา และลำดับการเดินทางจะสับเปลี่ยนกันที่ระยะการจับที่ 50 และ 230 องศา”
“เมื่อนำไปใช้กับ SuperKEKB ประสิทธิภาพในการจับโพซิตรอนที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นได้ช่วยให้ SuperKEKB ปรับปรุงความสว่างที่เป็นสถิติโลก”
“ข้อมูลที่เป็นประโยชน์คือเกี่ยวกับความเสียหายจากการแผ่รังสีของระบบตรวจสอบลำแสงที่จะได้รับที่ Linac ของหัวฉีดในการทำงานในระยะยาว บีมมอนิเตอร์ใหม่นี้สามารถนำไปใช้ในโรงงาน B-เจเนอเรชั่นถัดไปและอีในอนาคต+ e- ตัวชนเชิงเส้น”
การอ้างอิงวารสาร:
- สุวาดะ ต. การสังเกตโดยตรงของกระบวนการจับโพซิตรอนที่แหล่งโพซิตรอนของโรงงาน superKEKB B Sci Rep 12, 18554 (2022). ดอย: 10.1038/s41598-022-22030-5
