NA63 эксперимент - NA63 experiment - Wikipedia

В NA63 эксперимент стремится изучить радиация процесс в сильном электромагнитные поля. Расположен в ЦЕРН, в Северной области он использует вторичный H4 электрон балки от СПС, которые направлены на цели. Они сделаны из самых разных элементов, начиная от относительно легких углерод и кремний через более тяжелые утюг и банка к вольфрам, золото и вести и либо аморфный или же монокристаллы (состоит из алмаз Например).

Этот эксперимент является частью исследовательской программы SPS, и сбор данных начался в 2010 году с г-на Ульрика Ингерслева Уггерхоя в качестве официального представителя.[1]

Экспериментальная площадка NA63.

Критические поля в кристаллических мишенях

Одна из основных задач NA63 - изучить трезубец «кляйновского» производства. Это явление происходит в очень сильных электромагнитных полях, когда движущийся электрон проникает через поле и излучает электрон / позитронная пара. Для этого поле должно быть больше, чем так называемое критическое поле E0 = 1,32 * 10 ^ 16 В / см-1.[2], что невозможно произвести в лаборатории. Однако в случае кристаллических мишеней[3], проникающие частицы испытывают электромагнитное поле, близкое к теоретическому критическому. Действительно, если электроны входят в кристалл под небольшим углом падения к кристаллографическому направлению (оси или плоскости) в монокристалле, электрические поля его составляющих добавляют связно, создавая общее поле около 10-11 В / см, которое затем становится непрерывным и макроскопический. Если кристалл повернуть из аморфной конфигурации, то в рама отдыха электрона, ядерные поля когерентно складываются в направлении движения, и в итоге полное поле может достигать искомых 10-16 В / см[2].


В таких полях электрон может получить энергия соответствующая рождению новой пары электрон-позитрон, если она переносится на расстояние, определяемое квантово-механический неопределенность его местоположения: Δd = ƛ = / mc. Таким образом, ожидается значительное производство новых частиц - и это наблюдается.[2] - когда поле в системе покоя электрона становится критическим.

Такие поля обычно наблюдаются только в астрофизических явлениях, таких как сильно намагниченные нейтронные звезды, черные дыры (где сильным является гравитационное поле вместо электромагнитного поля, как в NA63), где излучение Хокинга является близким аналогом и, возможно, в космических ускорителях, которые порождают космические лучи самых высоких известных энергий. Используя особый подход, использующий кристаллические мишени и энергетические пучки от SPS (~ 100 ГэВ), NA63 удалось протестировать процессы на таких полях в лаборатории.

Время выброса

Еще одно направление исследований NA63 - влияние сильных электромагнитных полей на продолжительность процесса фотонное излучение. В частности, поля критической величины интригующим образом влияют на то, сколько времени требуется электрону, чтобы испустить фотон.

Электрон, попадая в электрическое поле, ускоряется и, следовательно, должен потерять часть своей энергии в виде фотона из-за эффекта тормозного излучения - процесса, посредством которого заряженная частица испускает электромагнитное излучение при замедлении при прохождении через атом, например, в твердый материал. Используя релятивистские явления замедление времени и сокращение длины, эксперимент NA63 показал, что этот процесс испускания фотонов не мгновенный, а требует времени.[4] Поскольку процесс требует времени, на производство фотонов можно повлиять экспериментально. Для нерелятивистских частиц это время настолько мало, что исследования очень трудны, если не исключены. Но для релятивистский частиц, используемых NA63, их время «замедляется» примерно в полмиллиона раз из-за релятивистского эффекта замедления времени, что делает исследования возможными.

Напротив, в критическом электромагнитном поле электроны отклоненный настолько сильно, что им не хватает времени, чтобы излучать фотоны. Таким образом, изменение электромагнитного поля выше критического уровня может изменить возникающее излучение. спектр пучка электронов: увеличивайте поле, и относительный выход излучения из пучка уменьшается. NA63 исследует такие эффекты, и одним из основных результатов, показанных на данный момент, является измерение квантовых поправок к синхротронному излучению.[5] что обычно наблюдается только в классической форме в синхротрон (накопительное) кольцо.

Радиационная реакция

Радиационная реакция - давняя проблема в электродинамика. Кратко сформулировано это касается обратная реакция испускаемого фотона на испускающей его заряженной частице. в классическая теория, решения уравнений движения приводят к абсурдным последствиям, например, противоречат либо энергосбережение или же причинность. В квантовой версии так называемый Квантовая электродинамика (QED) проблема в принципе решается, поскольку требуемые методы известны. Однако связанные с этим вычислительные трудности серьезны, и решаются только сравнительно простые задачи. Оказывается, сильные поля - это путь к экспериментальному решению проблемы, и (члены) коллаборации NA63 теоретически проложили путь.[6] а также экспериментально[7].

Последствия

Эффекты сильных полей и времен излучения актуальны во многих других разделах физики, начиная от так называемого «пузырькового режима» в плазма поля пробуждения, используемые для чрезвычайно высокихградиент частица ускорение, через астрофизический такие объекты, как магнетар ’S’ ’(сильно намагниченный нейтронная звезда ’S’ ’) к интенсивному лазер 'S' 'и столкновения тяжелых ионов. Концепции, изученные в NA63, применимы даже в гравитационный аналог - Радиация Хокинга из черная дыра ’S’ ’- который еще предстоит обнаружить. Наконец, хотя более «чистая» среда может быть достигнута с помощью электронного лазера взаимодействие ’S’ ’для решения проблемы радиационная реакция экспериментально лазеры достаточного интенсивность для проведения тщательных исследований нам еще предстоит несколько лет, а может быть, десятилетий. NA63 уже решила проблему экспериментально с электронно-кристаллическими взаимодействиями.

NA63 активные участники сотрудничества

  1. Ульрик Уггерхой (официальный представитель): http://orcid.org/0000-0002-8229-1512
  2. Тобиас Вистисен: https://orcid.org/0000-0001-8103-9860
  3. Роберт Хольцаппл: http://orcid.org/0000-0003-2726-1131
  4. Антонино Ди Пьяцца: https://orcid.org/0000-0003-1018-0458
  5. Саймон Х. Коннелл: http://orcid.org/0000-0001-6000-7245
  6. Кристиан Флор Нильсен: https://orcid.org/0000-0002-8763-780X
  7. Йенс Бо Юстесен: https://orcid.org/0000-0003-2525-6793
  8. Аллан Х. Соренсен.

внешняя ссылка

  1. Список публикаций NA63: https://inspirehep.net/search?ln=en&p=693__e%3ACERN-NA-063&of=hb&action_search=Search&sf=earliestdate&so=d
  2. Космические лучи: частицы из космоса: https://home.cern/about/physics/cosmic-rays-particles-outer-space
  3. Столкновения тяжелых ионов: https://home.cern/about/physics/heavy-ions-and-quark-gluon-plasma

Рекомендации

  1. ^ «НА63». ЦЕРН. 2015-01-05. Получено 2018-07-07.
  2. ^ а б c Esberg, J .; Кирсебом, К .; Knudsen, H .; Thomsen, H.D .; Uggerhøj, E .; Uggerhøj, U. I .; Sona, P .; Mangiarotti, A .; Ketel, T. J .; Диздар, А .; Dalton, M. M .; Ballestrero, S .; Коннелл, С. Х. (2010). «Экспериментальное исследование производства сильных полевых трезубцев». Физический обзор D. 82 (7): 072002. Bibcode:2010PhRvD..82g2002E. Дои:10.1103 / PhysRevD.82.072002. ISSN  1550-7998.
  3. ^ Уггерхой, Ульрик И. (2005). «Взаимодействие релятивистских частиц с сильными кристаллическими полями». Обзоры современной физики. 77 (4): 1131–1171. Bibcode:2005РвМП ... 77.1131У. Дои:10.1103 / RevModPhys.77.1131. ISSN  0034-6861.
  4. ^ Андерсен, Кристоффер К .; Andersen, Søren L .; Эсберг, Якоб; Кнудсен, Хельге; Миккельсен, Руна; Uggerhøj, Ulrik I .; Сона, Пьетро; Манджиаротти, Алессио; Ketel, Tjeerd J .; Бальестреро, Серджио (2012). «Прямое измерение длины образования фотонов». Письма с физическими проверками. 108 (7): 071802. Bibcode:2012ПхРвЛ.108г1802А. Дои:10.1103 / PhysRevLett.108.071802. ISSN  0031-9007. PMID  22401193.
  5. ^ Андерсен, К. К .; Esberg, J .; Knudsen, H .; Thomsen, H.D .; Uggerhøj, U. I .; Sona, P .; Mangiarotti, A .; Ketel, T. J .; Диздар, А .; Бальестреро, С. (2012). «Экспериментальные исследования синхротронного излучения в начале квантового режима». Физический обзор D. 86 (7): 072001. arXiv:1206.6577. Bibcode:2012ПхРвД..86г2001А. Дои:10.1103 / PhysRevD.86.072001. ISSN  1550-7998.
  6. ^ Di Piazza, A .; Wistisen, Tobias N .; Уггерхой, Ульрик И. (2017). «Исследование классической радиационной реакции с ориентированными кристаллами». Письма по физике B. 765: 1–5. arXiv:1503.05717. Bibcode:2017ФЛБ..765 .... 1Д. Дои:10.1016 / j.physletb.2016.10.083. ISSN  0370-2693.
  7. ^ Wistisen, Tobias N .; Ди Пьяцца, Антонино; Knudsen, Helge V .; Уггерхой, Ульрик И. (2018). «Экспериментальное свидетельство квантовой радиационной реакции в ориентированных кристаллах». Nature Communications. 9 (1): 795. Bibcode:2018NatCo ... 9..795Вт. Дои:10.1038 / s41467-018-03165-4. ISSN  2041-1723. ЧВК  5824952. PMID  29476095.