Egy új mini antianyag gyorsító még a Nagy Hadronütköztetőt is lekörözheti

A kutatók egy új módot találtak arra, hogy a jelenlegi gyorsítóknál ezerszer kisebb méretben tudjanak antianyagot gyorsítani.

Az új módszerrel a fizika még mindig homályba burkolózó részeit tervezik vizsgálni, mint például a Higgs bosonok tulajdonságait, illetve a sötét anyag és a sötét energia valamint a repülőkhöz és a számítógépekhez használt chipek tesztelésének érzékenységét is javíthatják.

A módszert a jelenleg is használt lézerek tulajdonságai alapján készített modellre alapozták és a tervek szerint nemsokára kísérletekhez is bevethetik az új berendezést. Hogyha ezek a tesztek igazolják a technológia működését, akkor azzal világszerte több kisebb intézet és labor számára is megnyílhat a kapu az antianyag gyorsítós kísérletek előtt.

A CERN Nagy Hadronütköztetője és a Stanford Egyetem LCLS (Linac Coherent Light Source) részecskegyorsítóiban a protonokhoz és az elektronokhoz hasonló elemi részecskéket gyorsítanak fel és ütköztetnek egymással. Az ütközések hatására más elemi részecskék jönnek létre – talán a leghíresebb ilyen a Higgs boson – melyeknek így a rendkívül rövid létezésük alatt meg tudják vizsgálni a tulajdonságait.

Az LCLS-el például röntgen sugarak is létrehozhatóak, amelyek segítségével rendkívül gyorsan és kis méretekben lezajló folyamatokat is képesek vizsgálni – mint a fotoszintézis.

Azonban a berendezések gyorsító részének legalább két kilométer hosszúnak kell lennie, hogy elérjék a megfelelő sebességet a gyorsított részecskék. Korábban már az Imperial College London kutatói találtak egy módszert, amivel ez a korlátozás az elektronok gyorsítása esetében megkerülhető és egy mindössze egy méter hosszú szakaszon képesek voltak megfelelő sebességre gyorsítani az elektronokat.

Most viszont az egyetem kutatócsapata egy lépéssel tovább ment és az elektron antianyag párját – a pozitronokat – egy pár centiméteres rendszerrel is fel tudta gyorsítani.

A gyorsító működéséhez egy 25 négyzetméteres lézer rendszerre van szükség, viszont ez már jelenleg is több fizikai laborban is megtalálható. A kutatók szerint így a módszer kivitelezésével drasztikusan lecsökkenhet az antianyaggal folytatott kísérletek ára – melyekhez jelenleg a több tízmillió dolláros nagy részecskegyorsítókat tudják csak használni.

A Nagy Hadronütköztetőhöz és az LCLS-hez használt technológiák terén az 50-es évek óta nem történ lényeges előrelépés és a szakértők szerint a hatalmas működési költségeik miatt rövidesen elérhetik a használatuk végét.

Emiatt új kisebb és olcsóbb gyorsítókra lesz szükség, amivel szélesebb körben tudják vizsgálni azokat a részecskéket, melyeknek tulajdonságainak egy részét még mindig homály fedi.

Amíg a módszer még a kísérleti ellenőrzés fázisában van, addig a kutatók bizakodóak, hogy az elkövetkező években már egy működő prototípust is el tudnak majd készíteni, köszönhetően az egyetemen az elektron sugarakon végzett hasonló eljárásnak.

A módszerhez lézereket és plazmát használnak, a pozitronok elkészítéséhez és koncentrálásához, melyeket ezután egy sugárrá gyorsítanak. A módszer hatékonyságát jól mutatja, hogy az eddigiek alapján képes egy pár centiméteres szakaszon akkora energiájúra gyorsítani az antianyag részecskéket, mint amire a Stanford részecskegyorsítója egy két kilométeres szakaszon képes.

Az elektronok és a pozitronok ütköztetésének az alapvető fizika terén végzett kísérletekben van szerepe – például segíthetnek pontosabb képet adni a Higgs boson tulajdonságairól vagy ‘szuperszimmetria’ segítségével más új részecskék felfedezését is elősegíthetik.

Azonban a technológia olcsósága új praktikus felhasználási területeket is megnyithat. Jelenleg az anyagok hibáinak az ellenőrzésekor – mint például egy repülő test – röntgen sugarakat használnak. Mivel a pozitronok másképp reagálnak így a használatuk a röntgen és az elektron sugarak használata mellet egy módszert jelenthet a minőségi ellenőrzésekben.

Forrás: journals.aps.org | Kép: Aakash Sahai

Szerkesztő: arsratio

Oszd meg

Hozzászólás küldése

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.