Positronen-Quetsche

News: Positronen-Quetsche

Die Kollisionsexperimente der Hochenergie- und Teilchenphysik benötigen oft sehr scharf fokussierte Teilchenstrahlen hoher Dichte. Allerdings ist es gar nicht einfach, dies zu erreichen. Vor allem bei geladenen Teilchen gibt es ein Problem: Sie stoßen sich aufgrund der Coulomb-Kraft ab. Zwar wird dieser Effekt dadurch kompensiert, dass der Ladungsstrom ein Magnetfeld erzeugt, das den Teilchenstrahl bündelt, doch stellt sich auf diese Weise ein Gleichgewicht bei einer gewissen Strahlbreite ein. Dünnere Strahlen lassen sich unter normalen Umständen nicht erzeugen.

Thorsten Krome

Um das Problem zu lösen, bedienen sich Forscher seit einigen Jahren der Plasmen. Denn diese Gemische aus freien Ionen und Elektronen eines Gases verteilen sich beim Durchgang eines geladenen Teilchenstrahls gerade so, dass elektrische Felder des Strahls kompensiert werden. Das magnetische Feld, das durch den Strahl hervorgerufen wird, bleibt jedoch bestehen und presst nun, da es keinen Konkurrenten mehr hat, den Strahl dichter zusammen. Da das Plasma wie eine Linse arbeitet, spricht man hier auch von einer Plasma-Linse.

Seit etwa zehn Jahren setzen Wissenschaftler diese Linsen erfolgreich dazu ein, Elektronen und Ionenstrahlen zu fokussieren. Bislang war aber nicht klar, ob das auch bei Positronen, den Antiteilchen des Elektrons, und bei hohen Energien funktionieren würde. Wie nun ein Team aus zwanzig Forschern von sieben Instituten aus den USA und Japan zeigen konnte, gelingt das sehr wohl.

Clive Field und seine Kollegen feuerten dazu am Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) Positronen mit einer Energie von 28,5 Gigaelektronenvolt in einen Stickstoffstrahl, den ein Laser zuvor ionisiert hatte. Hinter der Linse traf der Positronenstrahl auf Kohlenstofffasern, wobei diese charakteristische Bremsstrahlung emittierten, die schließlich Aufschluss über das Strahlenprofil gab. Wie sich herausstellte, war die Querschnittsfläche des Positronenstrahls nach Verlassen der Linse nur noch halb so groß wie ursprünglich.

Die Technik lässt sich also auch bei diesen hochenergetischen Strahlen aus Antiteilchen nutzen und könnte vielleicht bald in Linearbeschleunigern Einsatz finden.