Geminiaturiseerde antimaterieversneller doorbreekt afmetingen en opent nieuwe natuurkundige grenzen

• Wetenschappers hebben een nieuwe manier gevonden om antimaterie te versnellen in een ruimte die duizend keer kleiner is dan bestaande versnellers. 
• De techniek is veel efficiënt, goedkoop en zou ons helpen de nieuwe natuurkunde in detail te bestuderen. 

Deeltjesversnellers in faciliteiten als Linac Coherent Light Source en Large Hadron Collider versnellen elementaire deeltjes (elektronen en protonen). Ze stellen wetenschappers in staat meerdere natuurkundige theorieën te testen, waaronder het zoeken naar nieuwe deeltjes die worden verwacht door supersymmetrische theorieën en het analyseren van de eigenschappen van het Higgs-deeltje.

Meestal wordt dit gedaan door versnelde deeltjes kapot te slaan om meer elementaire deeltjes te genereren die massa aan alle andere deeltjes geven. Het kan worden gebruikt om röntgenlasers te produceren om kleine en ultrasnelle processen, zoals fotosynthese, in beeld te brengen.

Om zulke hoge snelheden te bereiken, moet het gaspedaal echter componenten gebruiken die langer zijn dan 2 km. Een paar jaar geleden ontwikkelden wetenschappers van het Imperial College London een systeem dat alleen meterslange componenten gebruikt om elektronen te versnellen.

Nu heeft een wetenschapper aan dezelfde universiteit een techniek uitgevonden om positronen – de antideeltjes-tegenhanger van het elektron – te versnellen in een systeem dat slechts enkele centimeters lang zou zijn.

Voordelen van kleine positronversneller

Deze nieuwe techniek zou kunnen helpen meer mysteries van de natuurkunde te onderzoeken, waaronder de kenmerken van donkere materie en donkere energie, en zou gevoeliger testen van siliciumchips en vliegtuigen mogelijk kunnen maken.

De aanpak is gemodelleerd met behulp van de aard van de bestaande lasertechnologie, die bijna 25 vierkante meter beslaat. Als het succesvol wordt aangetoond, zou het talloze laboratoria over de hele wereld in staat kunnen stellen experimenten uit te voeren met het versnellen van antimaterie.

Volgens de onderzoekers zou deze nieuwe technologie zowel de omvang als de kosten van positronversnelling drastisch kunnen verminderen. Momenteel vereist hetzelfde experiment grote natuurkundige faciliteiten en kost het tientallen miljoenen dollars.

De strategieën die worden gebruikt in grote faciliteiten zoals de Linac Coherent Light Source en de Large Hadron Collider zijn niet veel verbeterd sinds hun ontdekking begin jaren zestig. Ze zijn nog steeds duur en te complex.

De antimaterieversnellers van de volgende generatie zijn daarentegen efficiënt, kleiner en goedkoper. Ze zouden ons helpen nieuwe natuurkunde te onderzoeken, waardoor veel meer laboratoria zich bij de inspanning zouden kunnen aansluiten.

Referentie:Phys. Ds. Accel. Balken | doi:10.1103/PhysRevAccelBeams.21.081301 | Imperial College Londen

Het genereren van Higgs-deeltjes en testmateriaal

De techniek omvat het gebruik van lasers en plasma om antimaterie te creëren, te concentreren en te versnellen voor het genereren van een straal. De centimeterslange versneller is in staat om bundels positronen met tientallen miljoenen deeltjes te versnellen, met behulp van bestaande lasertechnologie. Het energieniveau van deze deeltjes is hetzelfde als dat van de 2 Km Stanford-versneller.

Meer specifiek gebruikten onderzoekers Particle-In-Cell-simulaties om aan te tonen dat bestaande lasers honderden MeV pC quasi-mono-energetische positronen kunnen versnellen.

De deeltjesversnellingstechniek is gebaseerd op 2 laser-plasma-interactiestappen | Krediet:Aakash A. Sahai

In feite zouden ze het Higgs-deeltje in een hoger tempo kunnen genereren, waardoor wetenschappers de eigenschappen ervan beter kunnen analyseren. Ze kunnen ook worden gebruikt om het standaardmodel van de deeltjesfysica te verklaren door te zoeken naar nieuwe deeltjes waarop supersymmetrische theorieën anticiperen.

Wat praktische toepassingen betreft, kan de positronenbundel fouten en breukrisico's analyseren in een verscheidenheid aan materialen, waaronder vliegtuigmotorbladen, lichamen en geïntegreerde chips. Omdat antimaterie op een andere manier met dergelijke materialen interageert dan elektronen of röntgenstralen, geven ze een geheel nieuwe dimensie aan het kwaliteitscontroleproces.

Lees:De geheel nieuwe natuurkunde van de 21e eeuw | Interessante theorieën

Gebaseerd op de ervaringen uit het verleden met het genereren van bundels via een vergelijkbare techniek, zijn onderzoekers er vrij zeker van dat het werkende prototype in 2020 beschikbaar zal zijn.