旋转电子产生正电子用于研究

研究人员使用加速器来诱导电子执行各种技巧，以实现医学测试和治疗，改善产品制造，并为突破性的科学研究提供动力。现在，他们正在学习如何从电子的反物质双胞胎 - 正电子元件中哄骗同样的技巧 - 开辟一个全新的研究和应用前景。

利用能源部杰斐逊实验室的连续电子束加速器设施(CEBAF)，一个研究小组首次展示了一种生产偏振正电子的新技术。该方法可以对先进材料进行新的研究，并为拟议的国际直线对撞机和预想的电子 - 离子对撞机提供生产偏振正电子束的新途径。

Jefferson Lab Injector科学家Joe Grames表示，该方法的理念源于在理解和控制用于CEBAF研究的电子束方面取得的许多进展。

“我们在杰斐逊实验室拥有丰富的经验，运营世界领先的电子加速器，”格拉梅斯说。“我们不断改进电子束用于实验，推动我们能够获得电子的极限。”

CEBAF加速器收集自由电子，使电子像顶部一样旋转，将它们充满额外的能量(将粒子“加速”到高达120亿电子伏特)，并将它们沿着严格控制的路径引导到实验目标中。格拉姆斯和他的同事们希望将这种技巧更进一步，将CEBAF控制良好的极化电子束转换为控制良好的极化正电子束，为杰斐逊实验室的研究人员提供核物质的额外探测。他们将偏振正电子实验的极化电子或PEPPo命名为“极化电子”。

正电子是电子的反粒子。在电子具有负电荷的情况下，正电子具有正电荷。产生同向旋转的正电子，如CEBAF中的电子，是非常具有挑战性的。在PEPPo之前，研究人员已经成功地使用非常高能的电子束和尖端技术来哄骗极化的正电子。然而，PEPPo方法给事物带来了新的变化。

“从一开始，我们的目标是表明我们可以使用我们每天在CEBAF生产的偏振电子束来创建正电子。但我们想要使用低能量和小尺寸的电子束来做到这一点，这样就可以了大学或公司也可以从我们的原则证明中受益，“Grames解释道。

PEPPo系统被放置在CEBAF加速器的喷射器内，喷射器是产生电子的加速器的一部分。该系统主要由用于管理粒子束的小磁铁，用于转换粒子束的目标和用于测量粒子的探测器组成。

在其中，来自CEBAF的新电子束被引导到钨片中。当电子通过钨原子时，电子迅速减速，发出伽马射线。然后，这些伽马射线与钨靶中的其他原子相互作用，产生低能量的正电子和电子对。在整个过程中，原始电子束的偏振被传递。研究人员使用磁铁将正电子管远离其他颗粒，并将它们引入探测系统，测量其能量和极化。

“我们发现，从电子到正电子的极化传输非常有效，”格拉姆斯说。

此外，研究人员发现，通过选择正确能量的正电子，也可以提高他们感兴趣的极化程度。虽然更丰富的低能正电子极化较少，但具有最高能量的正电子几乎保留了原始电子束的所有极化。在PEPPo中，电子束被极化85%并加速到800万电子伏特(MeV)。

“核物理学家通常希望他们的实验能够实现最高极化，”他解释说。“以原始电子能量的一半收集的正电子约为50%极化，这仍然很高。但是，当我们接近最大能量时，我们测得82%，表明原子电子极化的很大一部分被转移。”

PEPPo实验在2012年春季进行了四周。结果刚刚发表在“ 物理评论快报”上，并作为编辑推荐。

Grames和他的同事现在说他们有原理证明，他们想设计一个能够产生一束偏振正电子用于研究的光源。

“有了这个结果，我们现在问自己，将这些正电子收集到一个光束中的最佳方法是什么，可以被核物理学家用于杰斐逊实验室的实验，这可能对其他设施有用。这是下一步。”