3 نوامبر 2011 - در نسل بعد برخورددهنده‌های ذرات در دو پروژه‌ی برخورددهنده‌ی خطی‌ی بین‌المللی (ILC)[1] و برخورددهنده‌ی خطی‌ی فشرده (CLIC)[2] که تحت بررسی هستند، هدف برخورددادن ِ الکترون‌ها و پوزیترون‌های پرانرژی‌ست. چنین برخورددهنده‌هائی نیاز به چشمه‌های پایدار پوزیترون دارند با شدتی 60برابر آن‌چه امروز در دست‌رس است. علاوه بر این این چشمه‌ها باید بتوانند پوزیترون‌ها‌ئی با اسپین هم‌خط و قطبش دایره‌ای بسازند. تیمی به‌رهبری‌ی جیم کلارک از آزمایشگاه دارزبوری انگلستان یک بخش کامل نوسان‌ساز[3]ی را تکمیل کرده‌اند که پژوهشگران می‌گویند از پس این کار بر می‌آید. این کار محتاج به ارزیابی‌ی طراحی‌های مختلف، هم با شبیه‌سازی‌ی کامپیوتری و هم با ساخت پیش‌نمونه بود. نوسان‌ساز شماری مغناطیس در بر دارد که باریکه ی الکترون را وادار به حرکت روی مسیر مشخصی می‌کنند. الکترون ها در این مسیر فوتون های پرانرژی‌ی پرتو گاما گسیل می‌کنند که برای خلق باریکه ی پرشدت پوزیترون به کار می رود. دانکن اسکات یکی از اعضای این تیم می‌گوید: "در طراحی‌مان با دو مفتول مارپیچی‌ی ابررسانا، دربردارنده‌ی جریان در جهت‌های مخالف یک‌دیگر، میدان مغناطیسی‌ی مارپیچی‌ئی به وجود می‌آوریم. الکترون در این میدان مغناطیسی‌ی مارپیچ، روی مسیری مارپیچ حرکت می‌کند و اگر از یک انتها به این مسیر نگاه کنیم به نظر می‌رسد الکترون روی دایره حرکت می‌کند و از این رو تابشی که تولید می‌کند قطبش دایره‌ای خواهد داشت."

یکی از یاخته‌های تسلا که می‌توان در ILC به کار برد

 

کمینه‌کردن نشت گرما

اسکات توضیح می‌دهد که یافتن و کمینه‌کردن ِ نشت ِ گرما در سیستم یکی از راه‌های رسیدن به بازدهی‌ی زیاد است: "سیستم را طوری طراحی کردیم که در 80% بار بیشینه‌اش کار کند و پس از آزمون ها ی متعدد و بازطراحی‌ی برخی قسمت ها توانستیم سیستم را در 70% بار بیشینه به کار واداریم." در ILC باریکه‌ی الکترون که از نوسان‌ساز می گذرد باید دوباره برای برخورد الکترون و پوزیترون به کار برود و بسیار مهم است که باریکه‌ی الکترون را نوسان‌ساز خراب نکند. با آن که پژوهشگران هنوز دستگاه خود را با باریکه‌ی الکترون نیازموده‌اند اما اسکات می‌گوید " شبیه‌سازی‌های زیادی انجام شده است تا اطمینان حاصل شود باریکه‌ی الکترون پایدار می‌ماند. این نگرانی وجود داشت که کیفیت باریکه در گذر از 200 متر محفظه با ‌قطر6 میلی‌متر بیش از حد خراب شود." او این خرابی‌ی برخاسته از برهم‌کنش میدان الکتریکی‌ی باریکه با محفظه‌ی خلأ و واکنش آن بر خود باریکه را به پس‌موج‌های قایقی تشبیه می‌کند که در آب‌راهه‌ئی حرکت کند و بازتاب این امواج از دیواره‌ی آب‌راهه با خود پس‌موج‌ها برهم‌کنش داشته باشد.

 

 

پیش‌نمونه‌های نوسان‌ساز

 

اسکات توضیح می‌دهد: "کار ما نشان داد که باید از لوله‌های بسیار صیقلی‌ی مسی استفاده شود زبری‌ی این سطح‌ها باید در حد 100 نانومتر باشد. علاوه بر این، هم‌خط‌کردن ِ این بخش‌های نوسان‌ساز که هر کدام 4 متر طول دارند (در کل 60 بخش) باید تا حد 300 میکرون دقت داشته باشد. این چالش بزرگی‌ست اما محفظه‌ئی به حد کافی صیقلی در اختیار داریم  و فکر می‌کنیم از پس هم‌خط‌کردن ِ بخش‌ها برخواهیم آمد."

 

براساس ِ داده‌های شبیه‌سازی و آزمایش‌ها پژوهشگران می‌گویند که پرتوهای گامای دستگاه آنها می‌تواند 1010 پوزیترون به‌ازای هر تپ الکترون (مشخصه‌ئی که برای ILC تعیین شده است) تولید کند، حتی زمانی که جریان مفتول‌های ابررسانا 70% مقدار بیشینه اش است. به‌این ترتیب ILC به 120 نوسان‌ساز از این دست نیاز دارد تا به‌اندازه‌ی کافی پرتو گاما تولید کند.

 

غلبه بر مانع اصلی

اسکات اشاره می‌کند که "ساخت دستگاهی که کار کند و نشان دهد از نظر اصولی مشکلی برای تولید شمار فوتون‌های لازم وجود ندارد" هم‌چنین -- بدون ِ آزمودن باریکه‌ئی واقعی – اثبات به جامعه ی فیزیک ذرات که این دستگاه "باریکه را خراب نمی‌کند " موانع فنی‌ی‌ بزرگی بوده‌اند که پژوهشگران اکنون بر هر دو غلبه کرده‌اند.

 

در ماه‌های آینده تیم پژوهشی به‌دنبال گذردادن ِ باریکه‌ئی واقعی از مغناطیس‌های دستگاه و اندازه‌گیری‌ی تابش خروجی خواهند بود. آنها مشغول مذاکره با آزمایشگاه ملی آرگان در ایالات متحد امریکا نیز هستند تا نوسان‌ساز را به آنجا بفرستند و روی باریکه‌ی الکترون آزمایشی‌ی آنها نصب کنند. با آن که سال‌ها طول خواهد کشید که چنین دستگاه‌هائی در ILC یا CLIC به‌کار برده شود، اسکات فکر می‌کند بهترین کاری که از فیزیکدان‌ها در این فاصله بر‌می‌آید این است که "نشان دهند می‌دانیم چه‌گونه اجزای اصلی‌ی چنین نوسان‌سازی را بسازیم."

 

اسکات اشاره می‌کند با آن که این نوسان‌ساز برای ILC و CLIC حیاتی‌ست اما نوسان‌سازهای ابررسانای مشابه در چشمه‌های نور سنکروترون و لیزرهای الکترون آزاد به کار برده شده؛ گزارش این کار در فیزیکال ریویو لترز آمده است.

 

در باره‌ی نویسنده

توشنا کومیساریا گزارشگر فیزیکس ورلد دات کام است.

 

منبع:

Undulator brings ILC closer to reality

Tushna Commissariat

physicsworld.com, 3 November 2011

http://physicsworld.com/cws/article/news/47705



[1]International Linear Collider

[2] Compact Linear Collider

[3] undulator

کد خبر :‌ 412
«استفاده از اخبار انجمن فیزیک ایران و انتشار آنها، به شرط
ارجاع دقیق و مناسب به خبرنامه‌ی انجمن بلا مانع است.»‌