新的正电子源可以促进轻子对撞机的发展 – 物理世界

在瑞士进行的计算机模拟和实验室实验推进了新型正电子源的设计，该源可用于下一代轻子对撞机，例如拟议的轻子对撞机 未来圆形对撞机 (FCC) 欧洲核子研究组织 (CERN)。由开发 尼古拉斯·瓦利斯 和 Paul Scherrer 研究所 (PSI) 的同事合作，该设计使用高温超导磁体来收集正电子并将其聚焦成紧密的束流。该团队表示，其来源可能会在 2026 年全面投入运行。

加速器的正电子源依赖于一种称为电子对产生的效应，即高能光子与原子核相互作用产生正电子和电子。这通常是通过将高能电子束发射到致密的固体目标来完成的。被目标中的原子偏转的电子将辐射光子，然后光子与其他目标原子相互作用以产生电子/正电子对。

尽管这种方法会产生大量正电子，但它们会向多个方向飞散。如果正电子打算用于粒子加速器，则必须将它们聚集并聚焦成束。这个过程效率非常低，大部分正电子都会丢失。

磁性和机械挑战

如今，收集和聚焦是使用称为螺线管的电磁体完成的。 “然而，传统磁铁的强度，即使在多特斯拉范围内，也只能捕获一小部分所产生的正电子，”瓦利斯解释道。 “此外，它们的机械实现与目标相冲突，使其远离磁场内的最佳位置。”

构建更好的正电子源是从事未来轻子对撞机设计的物理学家和工程师的目标。其中包括国际直线对撞机和 FCC 的一个版本，称为 FCC-ee，它将正电子与电子碰撞。 PSI 正电子产生或 P 立方实验就是这样的设计成果之一。

“我们面临的挑战之一是生产、捕获和运输足够多的正电子以达到所需的光度，”瓦利斯描述道。 “P-cubed 解决了这个问题，并提出了一种新的正电子源和捕获系统，有可能将当前的正电子产量提高一个数量级。”

最新进展

该团队的方法基于高温超导体（HTS）制成的螺线管的最新进展。与使用传统导体的螺线管相比，它们可以产生更高的磁场。

在他们的最新研究中，Vallis 和同事描述了如何在 PSI 的 SwissFEL X 射线自由电子激光器上实现他们的原型正电子源。 SwissFEL 发出的脉冲将加速电子束飞向固体目标，该目标将被新型高温超导螺线管包围。然后，螺线管的磁场会将正电子聚焦到两个连续的射频腔加速器中，以产生正电子束

除了螺线管的强磁场外，Vallis 表示“其机械设计允许目标完全浸没在磁场中，从而为正电子捕获提供最佳条件”。

进一步的改进

通过这种设置，研究人员还可以研究其他组件如何帮助提高正电子产量。其中包括大孔径加速腔和新颖的检测仪器布置。 P 立方实验目前正在 SwissFEL 进行安装，预计将于 2026 年初开始运行。

激光产生高能正电子束

“如果实验结果符合我们的预期，P-cubed 将展示一种新的正电子源和捕获系统，其效率比其前身的效率高出一个数量级，”Vallis 说。 “最重要的是，PSI 的磁体专家成功运行了 HTS 螺线管原型，这可以说是实验中最关键的组成部分，并测量了约 18 T 的峰值磁场。”相比之下，实验室中产生的最强连续磁场略高于 45 T。

“P-cubed 将成为全球为数不多的适合粒子加速器的正电子源之一，也是欧洲独一无二的设施，因此我们希望充分发挥其潜力和创新能力，”他说。 “例如，我们将测试一系列新颖的想法，例如使用晶体和锥形靶材来进一步提高正电子产量。”

该研究描述于 物理回顾加速器和光束.

• SEO 支持的内容和 PR 分发。 今天得到放大。
• PlatoData.Network 垂直生成人工智能。 赋予自己力量。 访问这里。
• 柏拉图爱流。 Web3 智能。 知识放大。 访问这里。
• 柏拉图ESG。 碳， 清洁科技, 能源， 环境， 太阳能， 废物管理。 访问这里。
• 柏拉图健康。 生物技术和临床试验情报。 访问这里。
• Sumber: https://physicsworld.com/a/new-positron-source-could-give-lepton-colliders-a-boost/