En fælde for positroner

For første gang, forskere fra Münchens Tekniske Universitet (TUM) og Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) er lykkedes med tabsfrit at lede positroner, elektronens antipartikler, ind i en magnetfeltfælde. Dette er et vigtigt skridt i retning af at skabe et stof-antimateriale plasma af elektroner og positroner som de plasmaer, der menes at forekomme nær neutronstjerner og sorte huller. I et interview, Dr. Eve Stenson præsenterer sit forskningsarbejde.

Hvorfor vil du lokke positroner i en fælde?

At være i stand til at fange og begrænse positroner er grundlæggende for at studere det, der er kendt som elektron-positron-parplasma. Sådanne plasmaer er af stor interesse både til undersøgelse af fundamentale spørgsmål i plasmafysik såvel som i astrofysik.

Hvad er så svært ved at fange positroner?

Positroner er elektronernes antipartikler, de har de samme egenskaber bortset fra, at de er positivt i stedet for negativt ladede. Når en positron rammer en elektron, begge tilintetgør øjeblikkeligt i et glimt af lys. Og da der er elektroner i overflod overalt på Jorden, det er ekstremt svært at opbevare positroner på en sådan måde, at de overlever i mindst et stykke tid.

Heldigvis, vi har den mest kraftfulde positronkilde i verden, NEPOMUC (neutroninduceret positronkilde München), her i Garching, nord for München, ved Research-Neutronsource Heinz Maier-Leibnitz (FRM II). Det kan producere 900 millioner positroner i sekundet.

Plasmafysikere har simuleret dette elektron-positronplasma i 40 år. Du er nu kommet et afgørende skridt tættere på at opnå det i praksis. Hvordan gjorde du det?

Det er faktisk meget vanskeligt at lede ladede partikler, såsom de positive positroner, ind i en magnetisk fælde. De samme fysiske regler, der begrænser partiklerne inde i denne fælde, holder desværre også de partikler, der skal komme ind.

Vores fælde har et magnetfelt, der meget ligner Jordens eller andre himmellegemers. Vi kom på ideen om kortvarigt at påføre en elektrisk spænding på kanten af ​​fælden for at lede positronerne gennem de magnetiske "stænger". Når vi derefter slukker spændingen igen, positronerne forbliver fanget i buret. Det fungerede så godt, selv vi blev overraskede.

Hvor længe har du været i stand til at begrænse positronerne?

... i lidt mere end et sekund. Ingen gruppe i verden er endnu lykkedes med at gøre dette med antimateriale i denne type fælde.

Hvad er fordelene ved resultaterne for plasmafysik eller andre områder?

Formålet med APEX (A Positron-Electron Experiment) Group på Max Planck Institute for Plasma Physics er at producere et stof-antimateriale plasma af elektroner og positroner og at begrænse dette plasma i et magnetisk bur. Det første skridt, imidlertid, er at kunne producere og gemme nok positroner. Det næste trin er faktisk at skabe og undersøge sådanne plasmaer.

Astrofysikken antager, at sådanne eksotiske plasmaer forekommer i nærheden af ​​neutronstjerner og sorte huller. I terrestrisk plasmafysik, symmetrien mellem positron- og elektronmasser forventes at føre til nye fund om bølger og turbulens i plasma - fund, der kan hjælpe os med at bruge atomfusion til elproduktion i fremtiden.