研究人員使用加速器來誘導(dǎo)電子執(zhí)行各種技巧，以實(shí)現(xiàn)醫(yī)學(xué)測(cè)試和治療，改善產(chǎn)品制造，并為突破性的科學(xué)研究提供動(dòng)力?，F(xiàn)在，他們正在學(xué)習(xí)如何從電子的反物質(zhì)雙胞胎 - 正電子元件中哄騙同樣的技巧 - 開辟一個(gè)全新的研究和應(yīng)用前景。

利用能源部杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的連續(xù)電子束加速器設(shè)施(CEBAF)，一個(gè)研究小組首次展示了一種生產(chǎn)偏振正電子的新技術(shù)。該方法可以對(duì)先進(jìn)材料進(jìn)行新的研究，并為擬議的國(guó)際直線對(duì)撞機(jī)和預(yù)想的電子 - 離子對(duì)撞機(jī)提供生產(chǎn)偏振正電子束的新途徑。

Jefferson Lab Injector科學(xué)家Joe Grames表示，該方法的理念源于在理解和控制用于CEBAF研究的電子束方面取得的許多進(jìn)展。

“我們?cè)诮莒尺d實(shí)驗(yàn)室擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)營(yíng)世界領(lǐng)先的電子加速器，”格拉梅斯說。“我們不斷改進(jìn)電子束用于實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)我們能夠獲得電子的極限。”

CEBAF加速器收集自由電子，使電子像頂部一樣旋轉(zhuǎn)，將它們充滿額外的能量(將粒子“加速”到高達(dá)120億電子伏特)，并將它們沿著嚴(yán)格控制的路徑引導(dǎo)到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)中。格拉姆斯和他的同事們希望將這種技巧更進(jìn)一步，將CEBAF控制良好的極化電子束轉(zhuǎn)換為控制良好的極化正電子束，為杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的研究人員提供核物質(zhì)的額外探測(cè)。他們將偏振正電子實(shí)驗(yàn)的極化電子或PEPPo命名為“極化電子”。

正電子是電子的反粒子。在電子具有負(fù)電荷的情況下，正電子具有正電荷。產(chǎn)生同向旋轉(zhuǎn)的正電子，如CEBAF中的電子，是非常具有挑戰(zhàn)性的。在PEPPo之前，研究人員已經(jīng)成功地使用非常高能的電子束和尖端技術(shù)來哄騙極化的正電子。然而，PEPPo方法給事物帶來了新的變化。

“從一開始，我們的目標(biāo)是表明我們可以使用我們每天在CEBAF生產(chǎn)的偏振電子束來創(chuàng)建正電子。但我們想要使用低能量和小尺寸的電子束來做到這一點(diǎn)，這樣就可以了大學(xué)或公司也可以從我們的原則證明中受益，“Grames解釋道。

PEPPo系統(tǒng)被放置在CEBAF加速器的噴射器內(nèi)，噴射器是產(chǎn)生電子的加速器的一部分。該系統(tǒng)主要由用于管理粒子束的小磁鐵，用于轉(zhuǎn)換粒子束的目標(biāo)和用于測(cè)量粒子的探測(cè)器組成。

在其中，來自CEBAF的新電子束被引導(dǎo)到鎢片中。當(dāng)電子通過鎢原子時(shí)，電子迅速減速，發(fā)出伽馬射線。然后，這些伽馬射線與鎢靶中的其他原子相互作用，產(chǎn)生低能量的正電子和電子對(duì)。在整個(gè)過程中，原始電子束的偏振被傳遞。研究人員使用磁鐵將正電子管遠(yuǎn)離其他顆粒，并將它們引入探測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量其能量和極化。

“我們發(fā)現(xiàn)，從電子到正電子的極化傳輸非常有效，”格拉姆斯說。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過選擇正確能量的正電子，也可以提高他們感興趣的極化程度。雖然更豐富的低能正電子極化較少，但具有最高能量的正電子幾乎保留了原始電子束的所有極化。在PEPPo中，電子束被極化85%并加速到800萬電子伏特(MeV)。

“核物理學(xué)家通常希望他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驅(qū)崿F(xiàn)最高極化，”他解釋說。“以原始電子能量的一半收集的正電子約為50%極化，這仍然很高。但是，當(dāng)我們接近最大能量時(shí)，我們測(cè)得82%，表明原子電子極化的很大一部分被轉(zhuǎn)移。”

PEPPo實(shí)驗(yàn)在2012年春季進(jìn)行了四周。結(jié)果剛剛發(fā)表在“ 物理評(píng)論快報(bào)”上，并作為編輯推薦。

Grames和他的同事現(xiàn)在說他們有原理證明，他們想設(shè)計(jì)一個(gè)能夠產(chǎn)生一束偏振正電子用于研究的光源。

“有了這個(gè)結(jié)果，我們現(xiàn)在問自己，將這些正電子收集到一個(gè)光束中的最佳方法是什么，可以被核物理學(xué)家用于杰斐遜實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)，這可能對(duì)其他設(shè)施有用。這是下一步。”