Los investigadores utilizan aceleradores para convencer al electrón de que realice una amplia gama de trucos para permitir pruebas y tratamientos médicos, mejorar la fabricación de productos y potenciar la investigación científica de vanguardia. Ahora, están aprendiendo a sacar los mismos trucos de la antimateria del electrón.gemelo, el positrón, para abrir una perspectiva completamente nueva de investigación y aplicaciones.
Utilizando la instalación del acelerador continuo de haces de electrones CEBAF en el laboratorio Jefferson del Departamento de Energía, un equipo de investigadores ha demostrado, por primera vez, una nueva técnica para producir positrones polarizados. El método podría permitir nuevas investigaciones en materiales avanzados yofrece una nueva vía para producir rayos de positrones polarizados para un Colisionador Lineal Internacional propuesto y un Colisionador de Electrones-Iones previsto.
El científico de inyectores de Jefferson Lab, Joe Grames, dice que la idea del método surgió a partir de los muchos avances que se han logrado para comprender y controlar los haces de electrones utilizados para la investigación en CEBAF.
"Tenemos mucha experiencia aquí en Jefferson Lab en la operación de un acelerador de electrones líder en el mundo", dijo Grames. "Estamos mejorando constantemente el haz de electrones para los experimentos, empujando los límites de lo que podemos hacer que hagan los electrones. "
El acelerador CEBAF recolecta electrones libres, hace que los electrones giren como peonzas, los llena de energía adicional "acelerando" las partículas hasta 12 mil millones de electrón-voltios y las dirige a lo largo de una ruta estrictamente controlada hacia laGrames y sus colegas quisieran llevar esa delicadeza un paso más allá y transformar los bien controlados haces de electrones polarizados de CEBAF en haces bien controlados de positrones polarizados para ofrecer a los investigadores del Jefferson Lab una sonda adicional de materia nuclear.Experimento de electrones polarizados para positrones polarizados, o PEPPo.
Los positrones son las antipartículas de los electrones. Donde el electrón tiene una carga negativa, el positrón tiene una positiva. Producir positrones que giran en la misma dirección, como los electrones en CEBAF, es un gran desafío. Antes del PEPPo, los investigadoreshabía logrado hacer que existieran positrones polarizados utilizando haces de electrones de muy alta energía y tecnologías sofisticadas. Sin embargo, el método PEPPo le da un nuevo giro a las cosas.
"Desde el principio, nuestro objetivo era mostrar que podíamos usar el haz de electrones polarizados que producimos todos los días en CEBAF para crear los positrones. Pero queríamos hacerlo utilizando un haz de electrones de baja energía y tamaño reducido, por lo queque una universidad o empresa también puede beneficiarse de nuestra prueba de principio ", explicó Grames.
El sistema PEPPo se colocó dentro del inyector del acelerador CEBAF, que es la parte del acelerador que genera electrones. El sistema consiste principalmente en pequeños imanes para manejar los haces de partículas, blancos para transformarlos y detectores para medir las partículas.
En él, un nuevo haz de electrones de CEBAF se dirige a una rodaja de tungsteno. Los electrones se desaceleran rápidamente a medida que pasan a través de los átomos de tungsteno, emitiendo rayos gamma. Estos rayos gamma luego interactúan con otros átomos en el objetivo de tungsteno paraproducen pares de positrones y electrones de menor energía. A lo largo del proceso, se transmite la polarización del haz de electrones original. Los investigadores usan un imán para desviar los positrones de las otras partículas y dirigirlos a un sistema detector que mide su energíay polarización.
"Demostramos que hay una transferencia de polarización muy eficiente de los electrones a los positrones", dijo Grames.
Además, los investigadores encontraron que también es posible marcar el grado de polarización que les interesa seleccionando positrones de la energía correcta. Mientras que los positrones más abundantes de baja energía están menos polarizados, los positrones con mayor energíaretienen casi toda la polarización del haz de electrones original. En PEPPo, el haz de electrones estaba polarizado en un 85 por ciento y se aceleró a 8 millones de electrón-voltios MeV.
"Los físicos nucleares normalmente quieren la mayor polarización posible para sus experimentos", explicó. "Los positrones recolectados a la mitad de la energía del electrón original estaban polarizados en un 50 por ciento, lo que sigue siendo bastante alto.midió el 82 por ciento, lo que muestra que una gran parte de la polarización original del electrón se transfiere ".
El experimento PEPPo se ejecutó durante cuatro semanas en la primavera de 2012. El resultado se acaba de publicar en Cartas de revisión física , y se presenta como una sugerencia de los editores.
Grames y sus colegas dicen que ahora que tienen su prueba de principio, quieren diseñar una fuente que sea capaz de producir un haz de positrones polarizados para la investigación.
"Con este resultado en la mano, ahora nos preguntamos cuál es la mejor manera de recolectar estos positrones en un haz que pueda ser utilizado por físicos nucleares en experimentos en Jefferson Lab y que pueda ser útil para otras instalaciones. Ese es el siguiente paso. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Thomas Jefferson National Accelerator Facility . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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