Xenon i Super Proton Synchrotron - første test for en fotonfabrik

Acceleratoroperatører kan udføre fantastisk akrobatik med partikelstråler, senest i Super Proton Synchrotron (SPS), CERNs næststørste accelerator. For første gang, de har med succes injiceret en stråle af delvist ioniserede xenonpartikler i SPS og fremskyndet den. Inden de blev injiceret i SPS, disse atomer blev frataget 39 af deres 54 elektroner.

Under den første test, der fandt sted i september, strålen blev injiceret i SPS -ringen og cirkuleret i ca. et sekund. Nu, strålen er blevet accelereret for første gang, når en energi på 81,6 gigaelektronvolt (GeV) pr. nukleon.

Det, der gør denne præstation så bemærkelsesværdig, er, at disse stråler af delvist ioniserede xenonatomer er ekstremt skrøbelige og har en meget kort levetid. Hvis et atom kun mister en af ​​sine 15 elektroner, det ændrer kredsløb og går tabt. "SPS -vakuumet er ikke helt så højt som for LHC. De resterende gasmolekyler i vakuumkammeret forstyrrer strålen, hvilket forklarer, hvorfor det går tabt ganske hurtigt, "siger Reyes Alemany, hvem er ansvarlig for SPS -testene. "Men at holde strålen i gang i en cyklus i SPS er allerede et meget lovende resultat!"

Så hvorfor eksperimenterer acceleratorfysikere med disse atomer? Det er at teste en ny idé:en højintensiv kilde til gammastråler (fotoner med energier i megaelektronvolt (MeV) -området). Denne gamma fabrik, som det er kendt, ville generere fotoner på op til 400 MeV i energi og ved intensiteter, der kan sammenlignes med synkrotroner eller røntgenfri-elektronlasere (XFEL'er). XFEL'er producerer højintensitetsstråler af røntgenstråler-det vil sige fotoner af en energi på mindre end cirka 100 kiloelektronvolt (keV).

"En slags kilde ville bane vejen for studier, der aldrig er foretaget før i grundlæggende fysik, inden for kvanteelektrodynamik eller forskning i mørkt stof, "forklarer Witold Krasny, en CNRS -fysiker og CERN -medarbejder, der grundlagde projektet og leder arbejdsgruppen. "Det åbner også døren for industrielle og medicinske anvendelser." Det kan endda fungere som en testbænk til en fremtidig neutrino -fabrik eller muon -kollider.

Princippet er at accelerere delvist ioniserede atomer og derefter ophidse dem ved hjælp af en laser. Da de vender tilbage til deres stabile tilstand, atomer frigiver høj-energi fotoner.

Teamet udnyttede tilstedeværelsen af ​​xenon i acceleratorkomplekset til at udføre denne første test uden at forstyrre de andre igangværende fysikprogrammer. Næste år, under LHC heavy-ion-løb, holdet vil gentage eksperimentet ved hjælp af ioniserede blyatomer, som vil blive frataget alle undtagen en eller to elektroner. Disse bjælker vil være meget mere stabile; at have færre elektroner betyder, at atomerne har mindre risiko for at miste dem. Ud over, deres elektroner findes kun i "K" -skallen, tættest på kernen, og har derfor en stærkere forbindelse til kernen end i xenonatomerne. Heavy-ion-bjælkerne kunne accelereres først i SPS og derefter i LHC.

Gamma -fabriksprojektet er en del af Physics Beyond Colliders -undersøgelsen, som blev lanceret i 2016 med det formål at undersøge alle mulige forsøg uden kolliderer, især dem, der kunne udføres ved hjælp af CERNs acceleratorkompleks. Hundredvis af forskere forventes at deltage i den årlige Physics Beyond Colliders -konference på CERN i slutningen af ​​november.