10 april 2020

Mini-deeltjesversneller concept voor antimaterie voorgesteld

Om kleinere en praktische deeltjesversnellers te bouwen heeft natuurkundige Dr. Aakash A. Sahai, van het Imperial College London met behulp van computersimulaties getracht nieuwe methodes, te vinden voor het versnellen van antimaterie deeltjes. Zijn artikel is in augustus j.l. verschenen in het Physical Review Journal of Accelerators and Beams.

LCLS credits; SLAC Stanford

Een nieuwe generatie compacte en goedkopere acceleratoren van antimaterie deeltjes zou onderzoekers in staat stellen beter deze complexe materie te verkennen en hierbij ook wereldwijd meer laboratoria aan te trekken die mee willen doen. Dit was de gedachte achter het onderzoek van Dr. Aakash A. Sahai, de auteur van het artikel, hij stelt; ‘De technologie alsook de faciliteiten van een Large Hadron Collider of van de Linac Coherent Light Source (SLAC, Stanford National Accelerator Laboratory) hebben geen significante veranderingen ondergaan sinds hun begindagen.’ Volgens het onderzoek m.b.v. simulatiemodellen zou de deeltjesversneller slechts enkele centimeters lang hoeven te zijn. De opstelling zou tevens een laser vereisen die ten minste 25 m2 is maar volgens Sahai is een groot deel van de benodigde instrumenten reeds aanwezig in veel natuurkunde laboratoria. Deze opstelling zou veel ruimte en kosten besparen.

Opstelling mini deeltjesversneller credits; A. Sahai ICL

De nieuwe methode bestaat eruit een laserstraal in plasmawolken te zenden opdat er positronen worden geproduceerd en geconcentreerd – het antimaterie equivalent van elektronen – en ze vervolgens te versnellen opdat er een straal ontstaat. Door de botsing van een positronen- met een elektronenstraal, zal er veel meer annihilatie plaatsvinden. Bovendien kan dit in een ruimte die honderden keren kleiner is. (Deze opstelling zou dezelfde energie opleveren als de 2 km lange Stanford deeltjesversneller). ‘Met deze acceleratie methode, kunnen we de omvang en kosten van antimaterie acceleratie flink reduceren,’ aldus Sahai. ‘Wij gaan ervan uit dat wat doorgaans in miljoenen dollars kostende faciliteiten plaatsvindt dan in een doorsnee natuurkunde lab gedaan kan worden.’

ALPHA experiment met laser opstelling credits; The Wire

ALPHA

Een bekend voorbeeld van een antimaterie experiment met en zonder gebruik van laser is ALPHA bij CERN (2008-). Hierbij worden antiwaterstof atomen geproduceerd in een vacuüm, ze hebben een zeer korte levensverwachting. Sterke magnetische velden worden gebruikt om ze te vangen en zo te voorkomen dat ze in contact komen met materie. ALPHA heeft aangetoond dat het mogelijk is om op deze manier ongeveer een tiende van een seconde antiwaterstofatomen ‘gevangen’ te houden: lang genoeg om ze te bestuderen. Men ving er 1.2 per 15 minuten. De wetenschappers achter ALPHA hebben later in 2015/16 met lasers getracht positronen te observeren. Men was in staat om met een laser de antiwaterstof atomen te raken en zo het licht dat positronen in het atoom uitzonden te observeren zodra ze naar lagere energieniveaus gingen. Met deze nieuwe methode creëerde men ongeveer 25.000 antiwaterstof atomen iedere 15 minuten en men kon  er hiervan 14 ‘vangen’.  “Using a laser to observe a transition in antihydrogen and comparing it to hydrogen to see if they obey the same laws of physics has always been a key goal of antimatter research aldus Prof. Jeffrey Hangst, leider ALPHA project.

Dr. Sahai voegt eraan toe; ‘Het is zeer eervol om dit werk aan het Imperial College te doen in het laboratorium genoemd naar Patrick M.S. Blackett -hij won in 1948 de Nobel Prijs met zijn nieuwe methodes om elementaire deeltjes te observeren.’ De positronenstralen kunnen ook dienst doen bij kwaliteitstesten voor vliegtuigonderdelen en computerchips. Momenteel worden onregelmatigheden gescand door X-ray en elektronenstralen, een positron straal eraan toevoegen kan helpen met het ontdekken van andere type assemblage fouten. Door een betaalbaar alternatief te bieden voor positron-acceleratie opent deze compacte deeltjes versneller nieuwe wegen voor onderzoek en toepassingen. Voorlopig is het nog een theoretisch model, experimenten staan in de planning. Voor wie zich er verder in wil verdiepen, het gehele artikel is vrij te downloaden. Bron; New Atlas / Big Think / Phys Org. / Imperial College Londen en het Physical Review Journal for Accelerators and Beams.

https://journals.aps.org/prab/abstract/10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301#

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.