Yeni Pozitron Kaynağı Lepton Çarpıştırıcılarına Hız Verebilir - Fizik Dünyası

İsviçre'de yapılan bilgisayar simülasyonları ve laboratuvar deneyleri, önerilen yeni nesil lepton çarpıştırıcılarında kullanılabilecek yeni tip bir pozitron kaynağının tasarımını geliştirdi. Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı (FCC) CERN'de. Tarafından geliştirilmiş Nicolas Vallis Paul Scherrer Enstitüsü'ndeki (PSI) ve meslektaşlarının araştırmasına göre tasarım, pozitronları toplamak ve onları dar bir ışına odaklamak için yüksek sıcaklıkta süper iletken mıknatıslar kullanıyor. Ekip, kaynağının 2026 yılına kadar tamamen faaliyete geçebileceğini söylüyor.

Hızlandırıcılar için pozitron kaynakları, yüksek enerjili bir fotonun bir atom çekirdeği ile etkileşime girerek bir pozitron ve bir elektron oluşturduğu çift üretimi adı verilen bir etkiye dayanır. Bu genellikle yüksek enerjili bir elektron ışınının yoğun, katı bir hedefe ateşlenmesiyle yapılır. Hedefteki atomlar tarafından saptırılan elektronlar fotonlar yayar ve bunlar daha sonra diğer hedef atomlarla etkileşime girerek elektron/pozitron çiftlerini oluşturur.

Bu yaklaşım çok sayıda pozitron yaratsa da, bunlar birçok yöne uçup gidiyor. Eğer pozitronlar parçacık hızlandırıcıda kullanılacaksa, bunların toplanması ve bir ışına odaklanması gerekiyor. Bu süreç çok verimsizdir ve çoğu pozitron kaybolur.

Manyetik ve mekanik zorluklar

Günümüzde toplama ve odaklama, solenoid adı verilen elektromıknatıslar kullanılarak yapılıyor. Vallis şöyle açıklıyor: "Ancak, çoklu Tesla aralığında bile geleneksel mıknatısların gücü, üretilen pozitronların yalnızca küçük bir kısmının yakalanmasına izin veriyor." "Dahası, mekanik uygulamaları hedefle çelişiyor ve onu manyetik alan içindeki en uygun konumundan uzak tutuyor."

Daha iyi pozitron kaynakları oluşturmak, gelecekteki lepton çarpıştırıcıları için tasarımlar üzerinde çalışan fizikçilerin ve mühendislerin hedefidir. Bunlar arasında Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı ve FCC'nin, pozitronları elektronlarla çarpıştıracak FCC-ee adı verilen bir versiyonu yer alıyor. PSI Pozitron Üretimi veya P-küp deneyi böyle bir tasarım çabasıdır.

Vallis, "Karşılaştığımız zorluklardan biri, istenen parlaklığa ulaşmak için yeterince yüksek miktarlarda pozitron üretmek, yakalamak ve taşımaktır" diye açıklıyor. "P-cubed bu sorunu ele alıyor ve mevcut pozitron verimini büyüklük sırasına göre artırma potansiyeline sahip yeni bir pozitron kaynağı ve yakalama sistemi öneriyor."

Son gelişmeler

Ekibin yaklaşımı, yüksek sıcaklıklı süper iletkenlerden (HTS'ler) yapılan solenoidlerdeki en son gelişmelere dayanıyor. Bunlar, geleneksel iletkenleri kullanan solenoidlerden çok daha yüksek manyetik alanlar üretebilir.

Son araştırmalarında Vallis ve meslektaşları, prototip pozitron kaynaklarının PSI'nın SwissFEL X-ışını serbest elektron lazerinde nasıl uygulanacağını anlatıyor. SwissFEL'den gelen darbeler, elektron demetlerini yeni HTS solenoidi tarafından çevrelenecek katı bir hedefe doğru hızlandıracak. Solenoidin manyetik alanı daha sonra pozitronları iki ardışık RF boşluğu hızlandırıcısına odaklayarak bir pozitron ışını oluşturacaktır.

Solenoidin güçlü manyetik alanına ek olarak Vallis, "mekanik tasarımı, hedefin manyetik alana tamamen daldırılmasına olanak tanıyarak pozitron yakalama için en uygun koşulları mümkün kılıyor" diyor.

Diğer iyileştirmeler

Bu kurulumla araştırmacılar, diğer bileşenlerin pozitron verimini artırmaya nasıl yardımcı olabileceğini de inceleyebilirler. Bunlar arasında geniş açıklık hızlandırıcı boşluklar ve algılama cihazlarının yeni düzenlemeleri yer alır. P-cubed deneyi şu anda SwissFEL'de kuruluyor ve 2026'nın başlarında faaliyete geçmesi bekleniyor.

Lazer yüksek enerjili pozitron ışını yaratır

Vallis, "Deneysel bulgular beklentilerimizi karşılarsa, P-cubed, öncüllerinin verimliliğini kat kat aşan yeni bir pozitron kaynağı ve yakalama sistemi gösterecek" diyor. "Bunun da ötesinde, PSI'daki mıknatıs uzmanları, deneyin tartışmasız en kritik bileşeni olan HTS solenoidinin bir prototipini başarıyla çalıştırdı ve 18 T civarında bir tepe manyetik alanı ölçtü." Karşılaştırıldığında, laboratuvarda şimdiye kadar oluşturulan en güçlü sürekli manyetik alan 45 T'nin biraz üzerindedir.

"P-cubed, dünya çapında parçacık hızlandırıcılara uygun birkaç pozitron kaynağından biri ve Avrupa'da benzersiz bir tesis olacak, bu nedenle onun tüm potansiyelini ve yenilikçi kapasitesini geliştirmek istiyoruz" diyor. "Örneğin, daha da geliştirilmiş bir pozitron üretimi için kristal ve konik hedeflerin kullanımı gibi bir dizi yeni fikri test edeceğiz."

Araştırma şu şekilde açıklanmaktadır: Fiziksel İnceleme Hızlandırıcıları ve Kirişler.

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/new-positron-source-could-give-lepton-colliders-a-boost/