Eksperyment NA63

Eksperyment NA63 ma na celu zbadanie procesu promieniowania w silnych polach elektromagnetycznych . Znajduje się w CERN , w obszarze północnym. Jest to eksperyment ze stałą tarczą , w którym wykorzystuje się wiązki elektronów wtórnych H4 z SPS , które są kierowane na różne cele. Wykonane są z najróżniejszych pierwiastków, począwszy od stosunkowo lekkiego węgla i krzemu , poprzez cięższe żelazo i cynę , aż po wolfram. , złota i ołowiu i są albo amorficzne , albo monokryształy (składające się na przykład z diamentu ).

Eksperyment ten jest częścią programu badawczego SPS i rozpoczął zbieranie danych w 2010 r., a jego rzecznikiem został Ulrik Ingerslev Uggerhoj.

Obszar eksperymentalny NA63.

Pola krytyczne w tarczach krystalicznych

Jednym z głównych celów NA63 jest zbadanie produkcji „podobnej do Kleina” z trójzębem. Zjawisko to zachodzi w bardzo silnych polach elektromagnetycznych, gdy poruszający się elektron przenika przez to pole i emituje parę elektron/pozyton . Aby tak się stało, pole musi być większe niż tzw. pole krytyczne E0 = 1,32*10^16 V/cm-1, którego nie można wytworzyć w laboratorium. Jednak w przypadku celów krystalicznych przenikające cząstki doświadczają pola elektromagnetycznego zbliżonego do tego teoretycznego krytycznego. Rzeczywiście, jeśli elektrony wejdą do kryształu pod małym kątem padania do kierunku krystalograficznego (osi lub płaszczyzny) w pojedynczym krysztale, pola elektryczne jego składników sumują się spójnie, wytwarzając całkowite pole około 10^11 V/cm, które następnie stała się ciągła i makroskopowa . Jeśli kryształ zostanie obrócony z konfiguracji amorficznej, to w układzie spoczynkowym elektronu pola jądrowe sumują się koherentnie w kierunku ruchu i całkowite pole może ostatecznie osiągnąć poszukiwane 10^16 V/cm.


W takich polach elektron może zyskać energię odpowiadającą wytworzeniu nowej pary elektron-pozyton, jeśli zostanie przeniesiony na odległość określoną przez kwantowo- mechaniczną niepewność jego położenia: Δd= ƛ = ħ/mc. W związku z tym spodziewana jest – i obserwowana – znaczna produkcja nowych cząstek, gdy pole w układzie spoczynku elektronów stanie się krytyczne.

Takie pola są generalnie widoczne tylko w zjawiskach astrofizycznych, takich jak silnie namagnesowane gwiazdy neutronowe, czarne dziury (gdzie to pole grawitacyjne jest silne zamiast pola elektromagnetycznego, jak w NA63), gdzie promieniowanie Hawkinga jest bliskim analogiem i być może w kosmicznych akceleratorach, które powodują powstawanie promieni kosmicznych o najwyższych znanych energiach. Wykorzystując specjalne podejście wykorzystujące cele krystaliczne i wiązki energetyczne z SPS (~ 100GeV), NA63 udało się przetestować procesy na takich polach w laboratorium.

Czasy emisji

Kolejnym kierunkiem badań dla NA63 jest wpływ silnych pól elektromagnetycznych na czas trwania procesu emisji fotonów . W szczególności pola o wielkości krytycznej mają intrygujący wpływ na to, ile czasu zajmuje elektronowi wyemitowanie fotonu .

Elektron wchodzący w pole elektryczne jest przyspieszany i dlatego musi utracić część swojej energii w postaci fotonu w wyniku efektu Bremsstrahlunga – procesu, w którym naładowana cząstka emituje promieniowanie elektromagnetyczne, gdy jest zwalniana po przejściu przez atom, na przykład w solidny materiał. Wykorzystując relatywistyczne zjawiska dylatacji czasu i skrócenia długości , eksperyment NA63 wykazał, że ten proces emisji fotonów nie jest natychmiastowy, ale wymaga czasu. Ponieważ proces ten wymaga czasu, na produkcję fotonów można wpływać eksperymentalnie. Dla cząstek nierelatywistycznych ten czas jest tak krótki, że badania są bardzo trudne, jeśli nie wykluczone. Ale w przypadku relatywistycznych używanych przez NA63 ich czas jest „spowolniony” o współczynnik około pół miliona z powodu relatywistycznego efektu dylatacji czasu, co umożliwia badania.

Przeciwnie, w krytycznym polu elektromagnetycznym elektrony są odchylane tak gwałtownie, że nie mają wystarczająco dużo czasu na wypromieniowanie fotonów. Tak więc dostosowanie pola elektromagnetycznego powyżej poziomu krytycznego może zmodyfikować pojawiające się widmo promieniowania wiązki elektronów: zwiększyć pole, a względna wydajność promieniowania z wiązki maleje. NA63 bada takie efekty, a jednym z głównych dotychczas pokazanych wyników jest pomiar poprawek kwantowych promieniowania synchrotronowego, które normalnie obserwuje się tylko w jego klasycznej postaci w pierścieniu synchrotronowym (magazynowym ) .

Reakcja promieniowania

Reakcja radiacyjna jest od dawna problemem elektrodynamiki . W skrócie dotyczy to reakcji zwrotnej emitowanego fotonu na naładowaną cząstkę, która go emituje. W teorii klasycznej rozwiązania równań ruchu prowadzą do absurdalnych konsekwencji, np. konfliktów z zasadą zachowania energii lub przyczynowości . W wersji kwantowej tzw. elektrodynamika kwantowa (QED), problem jest w zasadzie rozwiązany, ponieważ znane są wymagane techniki. Jednak związane z tym trudności obliczeniowe są poważne i rozwiązano tylko stosunkowo proste problemy. Okazuje się, że silne pola są drogą do eksperymentalnego rozwiązania problemu, a (członkowie) współpracy NA63 utorowali drogę zarówno teoretycznie, jak i eksperymentalnie.

Efekty

Efekty silnych pól i czasów emisji są istotne w wielu innych gałęziach fizyki , począwszy od tzw . '' (silnie namagnesowana gwiazda neutronowa '''') po intensywne laserowe ''' i zderzenia ciężkich jonów. Koncepcje badane w NA63 mają zastosowanie nawet w grawitacyjnym – promieniowaniu Hawkinga czarna dziura '''' – która pozostaje do wykrycia. Wreszcie, chociaż znacznie „czystsze” środowisko można osiągnąć za pomocą interakcji elektron-laser [ potrzebne ujednoznacznienie ] „” w celu eksperymentalnego rozwiązania problemu reakcji promieniowania , lasery o wystarczającej intensywności , aby umożliwić dokładne badania, to wciąż kwestia kilku lat, a może dziesięcioleci , przed nami. W przypadku interakcji elektron-kryształ NA63 rozwiązał już problem eksperymentalnie.

Efekt Unruha zaobserwowano po raz pierwszy w wysokoenergetycznym promieniowaniu kanałowym badanym przez NA63.

NA63 aktywnych członków współpracy

  1. Christian Flohr Nielsen (rzecznik): https://orcid.org/0000-0002-8763-780X
  2. Ulrik Uggerhøj: http://orcid.org/0000-0002-8229-1512
  3. Tobiasza Wistisena: https://orcid.org/0000-0001-8103-9860
  4. Roberta Holtzapple'a: http://orcid.org/0000-0003-2726-1131
  5. Antonino Di Piazza: https://orcid.org/0000-0003-1018-0458
  6. Simon H. Connell: http://orcid.org/0000-0001-6000-7245
  7. Jens Bo Justesen: https://orcid.org/0000-0003-2525-6793
  8. Allana H. Sørensena.
  9. Mads Middelhede Lund https://orcid.org/0000-0001-9859-9506
  10. Marc Breiner Sørensen
  11. Sofie Jastrup Lanng

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=NA63_experiment&oldid=1137326740 ”