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从反物质到重同位素,欧洲核子研究中心正在恢复物理设施中的数据采集

2021-07-01 15:01     来源:CERN     欧洲核子研究中心LHC
随着质子同步加速器及其助推器再次将质子加速到高能量,物理季节可以在 ISOLDE 放射性离子束设施和反物质工厂开始


ISOLDE 的许多传输线将放射性同位素运输到实验站,在那里检查其特性 (图片来源:CERN)

随着欧洲核子研究中心 (CERN) 加速器长达两年的关闭即将结束,实验室的许多实验中的一些并没有等到大型强子对撞机 (LHC) 苏醒后才开始获取数据。 CERN 拥有 60 年历史的粒子加速器质子同步加速器 (PS) 及其喷射器质子同步加速器在经过大修后恢复了全面运转。助推器已开始向 ISOLDE 设施(同位素质量分离器在线检测器)输送加速至 1.4 GeV 的质子,向质子同步加速器输送 2 GeV 质子,后者又将其 26 GeV 质子束输送至反质子减速器( AD,反物质工厂的两个粒子减速器中的第一个)。对于在这两个世界一流设施中进行的许多实验来说,这只能意味着一件事——物理学季即将开始,带来令人兴奋的核和反物质研究新成果的希望。

“当第一束质子束于 6 月 21 日到达 ISOLDE 设施的目标时,对实验进行了优化,物理数据采集迅速开始,第一次实验在五天后成功完成,” ISOLDE 设施物理组负责人 Gerda Neyens 解释说。在 ISOLDE,Booster 质子束与重目标之间的碰撞会产生元素周期表中元素的罕见放射性同位素,其中特定的同位素是使用激光与电场和磁场的组合来选择的。本季的第一个 ISOLDE 结果来自 CRIS 实验,该实验以设施壁内合成的一系列银同位素的超精细光谱的形式出现。超过 20 种奇异的短寿命银同位素的原子光谱将揭示稳定的 107Ag 和 109Ag 同位素的内部量子结构、大小和形状如何在中子添加或从中移除时发生变化。

在即将到来的物理季节,ISOLDE 将依靠新的目标站来生产放射性同位素,以及升级的电荷增殖器(一种从重同位素中去除电子的装置)和翻新的超导直线加速器来加速产生的放射性同位素。因此,可以更精确地研究设施中发生的核反应,模拟并帮助理解发生在恒星内部的核反应。

反物质工厂位于离 ISOLDE 几十米远的地方,它使用质子同步加速器光束来制造自己的奇特物质。这个过程在 6 月 28 日随着光束返回新目标而重新开始:正如你阅读的那样,反物质正在欧洲核子研究中心再次制造。在这个独特的工厂中,反质子是通过将质子束碰撞到目标上来合成的。借助一种称为“磁喇叭”的装置,杂散粒子随后被聚焦回光束,该装置近年来经过全面翻新,目标本身也是如此。新靶材是一块放置在石墨基体中并封闭在钛合金双壳中的风冷铱块。它将改善反质子的产生,随着时间的推移,可靠和稳定的反物质流入。

现在等待反物质物理学家的数据采集期得到了新机器的推动,例如 ELENA(超低能反质子减速环),这种环可以有效地将反质子减速到前所未有的水平,然后再将它们送入实验区。在那里,AEGIS、ASACUSA 和 ALPHA 等长期合作伙伴与 ALPHA-G 和 GBAR 等新面孔并驾齐驱,这是一项旨在测量重力作用下反物质自由落体加速度的实验。他们很快将加入 PUMA 和 BASE-STEP 合作,这些合作最近获得了欧洲核子研究中心的批准。这两个实验都将依赖于将反物质运输到 CERN 站点附近区域的精细过程来研究其特性。

多样性是 CERN 的一个决定性特征,这也适用于该组织的研究计划。因此,尽管 LHC 及其探测器在几个月内不会开始嗡嗡作响,但并不缺乏有趣的发展:随着反物质和核同位素数据的采集以及即将开始的东部和北部实验物理季节领域和 n_TOF 一样,接下来的几个月将是物理学研究的繁忙时期。

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