Versnelleroperators kunnen verbazingwekkende acrobatiek uitvoeren met deeltjesbundels, meest recentelijk in de Super Proton Synchrotron (SPS), De op een na grootste versneller van CERN. Voor de eerste keer, ze hebben met succes een bundel gedeeltelijk geïoniseerde xenondeeltjes in de SPS geïnjecteerd en versneld. Voordat ze in de SPS werden geïnjecteerd, deze atomen werden ontdaan van 39 van hun 54 elektronen.

Tijdens de eerste proef die in september plaatsvond, de straal werd in de SPS-ring geïnjecteerd en ongeveer een seconde gecirculeerd. Nutsvoorzieningen, de straal is voor het eerst versneld, het bereiken van een energie van 81,6 gigaelektronvolt (GeV) per nucleon.

Wat deze prestatie zo opmerkelijk maakt, is dat deze bundels van gedeeltelijk geïoniseerde xenon-atomen uiterst kwetsbaar zijn en een zeer korte levensduur hebben. Als een atoom slechts één van zijn 15 elektronen verliest, het verandert van baan en is verloren. "Het SPS-vacuüm is niet zo hoog als dat van de LHC. De resterende gasmoleculen in de vacuümkamer verstoren de bundel, wat verklaart waarom het vrij snel verloren gaat, " zegt Reyes Alemany, wie verantwoordelijk is voor de SPS-toetsen. "Maar één cyclus in de SPS de balk aan de gang houden is al een veelbelovend resultaat!"

Dus waarom experimenteren versnellerfysici met deze atomen? Het is om een ​​nieuw idee te testen:een bron van gammastraling met hoge intensiteit (fotonen met energieën in het megaelectronvolt (MeV)-bereik). Deze gammafabriek, zoals het bekend is, zou fotonen genereren tot 400 MeV in energie en met intensiteiten die vergelijkbaar zijn met die van synchrotrons of X-ray free-electron lasers (XFEL's). XFEL's produceren röntgenstralen met hoge intensiteit - dat wil zeggen, fotonen met een energie van minder dan ongeveer 100 kiloelektronvolt (keV).

"Een dergelijke bron zou de weg vrijmaken voor studies die nog nooit eerder zijn gedaan in de fundamentele natuurkunde, op het gebied van kwantumelektrodynamica of onderzoek naar donkere materie, " legt Witold Krasny uit, een CNRS-fysicus en CERN-medewerker die het project heeft opgericht en de werkgroep leidt. "Het opent ook de deur voor industriële en medische toepassingen." Het zou zelfs kunnen dienen als testbank voor een toekomstige neutrinofabriek of muonbotser.

Het principe is om gedeeltelijk geïoniseerde atomen te versnellen en ze vervolgens met een laser te exciteren. Als ze terugkeren naar hun stabiele toestand, de atomen geven hoogenergetische fotonen af.

Het team maakte gebruik van de aanwezigheid van xenon in het versnellercomplex om deze eerste test uit te voeren zonder de andere lopende natuurkundeprogramma's te verstoren. Volgend jaar, tijdens de LHC heavy-ion run, het team zal het experiment herhalen met geïoniseerde loodatomen, die zal worden ontdaan van alle behalve één of twee elektronen. Die balken zullen veel stabieler zijn; het hebben van minder elektronen betekent dat de atomen minder risico lopen om ze te verliezen. In aanvulling, hun elektronen worden alleen gevonden in de "K" -schil, het dichtst bij de kern, en hebben daarom een ​​sterkere band met de kern dan in de xenon-atomen. De zware-ionenbundels konden eerst in de SPS en daarna in de LHC worden versneld.

Het gammafabriekproject maakt deel uit van de studie Physics Beyond Colliders, die in 2016 werd gelanceerd met als doel alle mogelijke niet-collider-experimenten te onderzoeken, met name die welke zouden kunnen worden gedaan met behulp van het acceleratorcomplex van CERN. Naar verwachting zullen eind november honderden wetenschappers aanwezig zijn op de jaarlijkse Physics Beyond Colliders-conferentie op CERN.