La 'Iniciativa Gamma Factory', un equipo internacional de científicos, está explorando actualmente una nueva herramienta de investigación: proponen desarrollar una fuente de rayos gamma de alta intensidad utilizando las instalaciones de aceleradores existentes en el CERN. Para ello, se especializólos haces de iones circularán en los anillos de almacenamiento SPS y LHC, que luego se excitarán con haces láser para que emitan fotones. En la configuración seleccionada, las energías de los fotones estarán dentro del rango de radiación gamma del espectro electromagnético.es de particular interés en relación con el análisis espectroscópico de núcleos atómicos. Además, los rayos gamma estarán diseñados para tener una intensidad muy alta, varios órdenes de magnitud más altos que los de los sistemas actualmente en funcionamiento. En el último número de la revista Annalen der Physik , los investigadores afirman que una 'Fábrica Gamma' construida de esta manera permitirá no solo avances en la espectroscopia sino también nuevas formas de probar las simetrías fundamentales de la naturaleza.
En el corazón de la propuesta de Gamma Factory hay haces de iones especiales hechos de elementos pesados como el plomo que han sido despojados de casi todos los electrones en la capa externa. Un átomo de plomo normalmente tiene 82 protones en el núcleo y 82 electrones en suSi solo quedan uno o dos electrones, los resultados se denominan "iones parcialmente despojados" - PSI para abreviar. En el futuro escenario de Gamma Factory, circularán en un anillo de almacenamiento de alta energía, como el SuperSincrotrón de protones SPS o el Gran Colisionador de Hadrones LHC en el CERN.
Los PSI ofrecen oportunidades únicas para investigar varias cuestiones fundamentales en la ciencia moderna. En física atómica sirven como una especie de mini laboratorio para investigar cómo se comportan los sistemas con pocos electrones cuando están expuestos a campos electromagnéticos fuertes, que, en el casode las ISP, son producidas por los propios núcleos atómicos.
El concepto principal subyacente de Gamma Factory es hacer que un rayo láser colisione de frente con un rayo PSI acelerado. En el 'laboratorio PSI', los fotones incidentes pueden generar estados excitados al transportar electrones a órbitas más altas; esto constituyeun sistema de prueba ideal que facilitará investigaciones detalladas utilizando espectroscopía atómica espectroscopía de haz primario. A su vez, los PSI excitados por el rayo láser emiten fotones, que luego pueden usarse en numerosos otros experimentos "fuera" del laboratorio de PSI haz secundarioespectroscopía. El haz de rayos gamma resultante se caracterizará por altas energías de hasta 400 megaelectrones voltios, que corresponde a una longitud de onda de 3 femtómetros. A modo de comparación, la energía fotónica de la luz visible es ocho órdenes de magnitud menor, con unlongitud de onda correspondientemente mayor.
"La Fábrica Gamma que proponemos ofrece dos perspectivas inmensamente emocionantes: por un lado, será una fuente de luz muy intensa que producirá rayos gamma de alta energía en una banda de frecuencias muy específica; al mismo tiempo actuarácomo una trampa de iones gigante donde podemos utilizar la espectroscopía para obtener una imagen muy precisa de los PSI que circulan en el anillo de almacenamiento ", explica el profesor Dmitry Budker del Grupo de Excelencia PRISMA + de la Universidad de Mainz y el Instituto Helmholtz de Mainz y uno de los autores.de la publicación reciente: "En nuestro artículo, describimos las muchas posibilidades que ofrecen los dos enfoques. Por otro lado, es importante abordar los desafíos actuales y futuros asociados con el establecimiento de una fábrica Gamma como esta".
Los ejemplos de aplicaciones físicas interesantes de la espectroscopía de haz primario incluyen la medición de los efectos de la violación de la paridad atómica en el PSI, el resultado de interacciones débiles entre partículas subatómicas, así como la detección de la distribución de neutrones en los núcleos del PSI.La información así obtenida complementaría algunas de las actividades de investigación más importantes que se llevan a cabo en Mainz. Los haces de rayos gamma secundarios de alta energía con polarización controlada con precisión se pueden utilizar junto con objetivos polarizados "fijos", por ejemplo, para investigarla estructura de los núcleos atómicos, así como las reacciones nucleares relevantes para la astrofísica. Los rayos gamma secundarios también se pueden utilizar para generar haces terciarios intensos, por ejemplo, los de neutrones, muones o neutrinos.
Será necesario superar una variedad de desafíos tecnológicos para garantizar el funcionamiento óptimo de la fábrica Gamma. "Entonces, por ejemplo, debemos aprender a realizar el enfriamiento por láser de PSI ultrarelativista para reducir su propagación de energía y obtener un pozo-definido haz ", señala Dmitry Budker". Si bien el enfriamiento por láser de iones a energías más bajas ya se ha investigado, en GSI en Darmstadt, por ejemplo, aún no se ha realizado a energías tan altas como las que se asociarán con elFábrica Gamma "
La fábrica Gamma en el CERN ya no es solo un sueño imposible, porque en julio de 2018, se hizo un gran progreso desde el concepto hasta la realidad. El grupo de la fábrica Gamma junto con los expertos en aceleradores del CERN lograron hacer haces de hidrógeno y heliolos iones de plomo circulan en el SPS durante varios minutos. El rayo similar al hidrógeno se inyectó más tarde en el LHC, donde luego circuló durante varias horas ". El siguiente paso crucial es ejecutar el experimento dedicado de prueba de principio en el SPS del CERN queesperamos validar todo el concepto de Gamma Factory ", concluye Dmitry Budker, describiendo la próxima etapa emocionante. Gamma Factory es una propuesta ambiciosa, que actualmente se está explorando dentro del programa CERN 'Física más allá de los colisionadores'.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Johannes Gutenberg Universitaet Mainz . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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