基于捕获的新型正电子束及应用

基于捕获的新型正电子束技术是通过潘宁阱中捕获、约束和积累正电子而发展的新一代正电子束技术。本文介绍正电子的捕获、冷却,压缩技术,基于捕获的正电子束形成技术,以及该技术将来发展展望,最后讨论该技术在原子物理学和材料科学等多个领域的应用。     

约束住了反质子

华盛顿大学的一个小组因将单个质子、电子和正电子长时间约束在Penning阱内,并进行了精确测量而闻名.今年七月他们获得了在 CERN 的 LEAR低能反质子环上进行一天实验的机会.他们在环上为明年的精确的反质子测量进行可行性试验时,成功地实现了反质子的约束. 这一实验的难度是显而易见的.反质子产生时的能量是GeV,LEAR的减速装置将其减速到21MeV.一般Penning阱中的静电器极场能约束的带电粒子能量应不大于几个eV.在这临时性的实验中,G.Gabrielse领导的华盛顿小组让LEAR出来的反质子通过一个厚的减速器使其减速到1keV.然后在这个临…     

国外物理科普杂志精文提要

 在今年4月于华盛顿举行的美国物理学会会议上,杰拉尔德·加布里埃尔斯报告了哈佛大学一个小组及其合作者们将反质子质量测量结果改进了1000倍.他们将一种彭宁捕集器带到CERN,捕捉和储存低能反质子环LEAR的反质子,宣称质子和反质子的惯性质量差小于亿分之四.反质子捕集器是彭宁捕集器的改进形体,用五个相连在一起的、直径为1厘米的圆柱体取代通常的五个双曲面电极.这些电极产生一个四极场,在中心部分形成一个很小的轴向谐振势阱.捕集器处于一个很强的轴向磁场中.捕集器内有很冷的电子云,电子被冷却至4K,捕集到的反质子一次又一次穿过电子云时也很快被冷却至4K.单一反质子可测得精确质量、但目前只能使捕集器中的反质子少到20个.     

反质子与核弹性散射的自旋观察量

用含有自旋轨道耦合的反质子光学势,分析反质子与原子核弹性散射时的微分截面,极化度和自旋转动函数.得到能够描述这些实验值更为完整的反质子光学势.     

导电栅网对相对论速调管中电子束的约束作用

介绍利用导电栅网约束相对论速调管(RKA)中强流电子束的理论分析及实验结果.用近似的空间电荷场分布分析导电栅网约束实心电子束稳定传输时的电子运动情况，讨论束流稳定传输的条件；并介绍在一台直线感应加速器上利用导电栅网约束未调制强流束(约400kV，2.5kA)长距离(约60cm)传输的实验结果，同时给出利用导电栅网约束RKA中调制电子束的实验结果.理论分析及实验研究表明，导电栅网对实心束的约束作用对电子束能量相对不敏感；导电栅网可有效地用于RKA中取代磁场系统约束强流相对论电子束.     

中能区反质子与核非弹性散射的自旋效应

运用多次散射理论获得中能区的反质子光学势.这一光学势扩大到包含自旋轨道耦合项,并用它求得反质子的扭曲波.在扭曲波冲量近似下,讨论中能区反质子与原子核非弹性散射的微分截面和极化度.计算反质子能量从180-508MeV间12C12C的2+,3-态的和Pf(θ).在低能端理论结果 能够很好的符合 实验.同时预言了更高能量下可能出现的 和Pf(θ)的理论结果.     

可变参数磁压缩系统设计

北京大学30MeV超导加速器包含3个RF加速单元: 自主研发的1.5cell DC-SC(直流-超导)注入器, 经过升级的3.5cell DC-SC注入器, 以及1.3GHz 2×9cell Telsa型超导加速腔. 为充分利用该装置上高品质电子束, 计划压缩1.5cell注入器出口电子束用于产生相干THz光, 以及压缩2×9cell超导加速腔出口电子束产生红外自由电子激光. 通过理论计算及模拟计算相结合设计了一套可变参数磁压缩系统, 该系统可以同时满足两个RF加速单元后束团压缩的要求.     

在海拔3220米宇宙线中反质子成份的初步测量

目前,在高能加速器达到的能量范围内关于反质子的产生截面与初能的关系,或者反质子多重数和π~-介子多重数之比p/_π~-与初能的关系,都进行了一定的测量.我们在大强.得到反质子p强度与质子p强度比为Ip/Ip(?)0.09     

第一次的“反物质化学反应”

最近雅典研究组在日内瓦欧洲原子核委员会（CERN）的实验室内进行了一项对反质子化学反应的实验工作．实验中包括有反质子氢与一对被束缚的正反质子对，这种复合的正反质子对也可称为质子偶素（protonium）．质子偶索最终自身会发生湮灭并产生出偶数的可记录的带电介子．正常情况下，湮灭过程的持续时间为一万亿分之一秒．但雅典研究组却将该过程保持在较长的百万分之一秒．     

激光驱动强流电子束产生和控制

在惯性约束聚变(ICF)电子束快点火物理方案中,需要超强拍瓦激光脉冲驱动MeV能量的强流电子束,并沉积数十kJ能量到压缩氘氚芯区。强流电子束的束流品质是影响点火成功的关键因素之一,为深入了解强流电子束产生物理过程,研制成了三维高性能、适应上万CPU核规模的并行粒子模拟程序,并开展了大规模数值模拟研究,探索了强流电子束的产生机制和输运规律。回顾了近几年来快点火研究团队围绕强流电子束产生和控制开展的研究,介绍了导致束流品质差的两大物理原因:预等离子体效应和束流不稳定性磁场的随机散射。针对这两个物理原因,提出了四种提高强流电子束品质的方法:(1)双层金锥靶减弱预等离子体的负面效应;(2)输运丝产生环向磁场准直强流电子束;(3)外加磁场导引强流电子束提高耦合效率;(4)抑制束流不稳定性以降低随机磁场对电子束流的散射。     

激光加速电子束放射照相的模拟研究

激光加速产生高能量电子束具有源尺寸小、准单能、脉宽窄等特征.通过蒙特卡罗程序模拟研究了高能电子束的放射照相.模拟了200 MeV准直电子束照射台阶靶、厚铁靶,11 MeV点源电子束照射惯性约束聚变模型靶,以及70 MeV点源电子束在激光等离子体磁场下的偏转.结果表明激光加速电子束在探伤厚材料内部、确认薄材料界面、测量电磁场等诊断中具有高时空分辨、灵敏等能力.     

电子束时间聚焦技术

利用时间展宽分幅相机研究电子束的时间聚焦现象.当阴极未加载脉冲电压时,测得相机的时间分辨率为80ps.当阴极加载斜率为14V/ps的脉冲电压、电路延时为11.395ns时,相机的时间分辨率为8.8ps,电子束的时间宽度经历了被压缩到被展宽的过程.改变阴极脉冲下降沿斜率,研究电子束时间聚焦时系统时间分辨与下降沿斜率的关系.当下降沿斜率为1V/ps时,时间分辨近似等于80ps,电子束到达微通道板时其时间宽度约等于原始宽度.当斜率大于1V/ps时,时间分辨小于80ps,到达微通道板时电子束时间宽度被展宽.当斜率为0.5V/ps时,时间分辨大于80ps,到达微通道板时电子束时间宽度被压缩.     

磁压缩对高频稳定性的要求

 曲柄式磁压缩系统是北京大学SASE自由电子激光装置中非常重要的部分,通过其对电子束团的压缩为扭摆器提供高流强、短脉冲的电子束,使电子束在扭摆器内较短的距离实现饱和出光。曲柄式磁压缩需要利用偏离高频峰位的加速相位使得电子束产生能量-位置关联,主要讨论高频相位抖动与能量-位置关联的相互关系,高频相位抖动使得束团的能量-位置关联不同,即束团内电子能量随位置分布不同。进而研究其对磁压缩性能的影响,即能量-位置关联不一样会导致磁压缩得到的束团长度出现涨落。     

由物质与反物质组成的奇特原子

 一种异乎寻常的新原子已经在欧洲核子研究中心首次构成。这个原子由氦核与围绕它旋转的一个电子和一个反质子组成;而不像通常那样,由两个电子围绕氦核旋转所组成。德国慕尼黑工业大学F.J.哈特曼与他的同事们称这种新原子为反质子氦。在这种原子中,电子与反质子在距核大致相同距离处绕核运行,但二者运动方向刚好相反。理论预言:如果反质子绕通常的原子核运行,那么,反质子在其轨道上停留的时间不会超过亿万分之一秒。     

反质子间相互作用的研究

随着对反物质研究的深入,人们需要迫切知道反质子之间的相互作用力是怎样的,是否与质子之间的作用是对称的。对这个作用力的测量,有助于我们理解反物质原子核的形成机制以及对物质-反物质对称性的理解。为此,STAR合作组利用相对论重离子加速器中金核-金核碰撞中产生的丰富的反质子,通过反质子-反质子动量关联函数的测量,并扣除了通过其他粒子衰变过来的次级反质子与其他反粒子关联的污染,精确地构建了反质子-反质子关联函数。然后,结合量子多粒子关联理论,定量提取出反质子-反质子的有效力程和散射长度这两个基本作用参数。研究表明,在实验精度内,反质子间的相互作用与正质子保持一致。反质子-反质子之间的强相互作用存在着吸引,它们可以克服由于同号（负电荷）的反质子-反质子之间的库仑排斥而结合成反物质原子核。这项研究首次实现了对反物质间相互作用力的测量,为进一步研究反原子核的形成和属性奠定了基础。同时为CPT对称性的检验提供了一种新的方式,对人类深刻认识物质世界的构成及其运动规律具有重要意义。With undergoing researches on antimatter physics, it is crucial to understand what the interaction between antiprotons is. Is it the same as the interaction between protons? This measurement will definitely help us to understand the formation mechanism of antimatter nuclei as well as the symmetry of matter and antimatter. In this context, our STAR collaboration measured the correlation function of antiproton-antiproton pairs from 200 GeV/c Au+Au collisions. After substracting the residual correlation due to the secondary antiprotons that decayed from other particles, the primary antiproton-antiproton correlation function is extracted. By applying the quantum theory of multi-particle correlation, two key parameters that characterize the corresponding strong interaction:namely, the scattering length (f₀) and effective range (d₀) were obtained. Within error bars, it is found that the f₀ and d₀ for the antiproton-antiproton interaction are consistent with their antiparticle counterparts -the ones for the proton-proton interaction. Like the force that holds ordinary protons together within the nuclei of atoms, the force between antiprotons is attractive and strong, which overcomes the tendency of the like (negatively) charged particles to repel one another, and allows the antiprotons to bind to form antinucleus. The current measurement is for the first time to measure the interaction between antimatter, it offers a foundation to understanding the structure of more-complex antinuclei and their properties. Also our measurement offers a new way to test the CPT symmetry, which has an important impact for human beings to understand the law of motion in our world.     

磁场引导双电子束传输模拟和实验研究

 利用外加纵向磁场把单台加速器驱动双阴极二极管产生的同步双电子束引出双漂移管,是双电子束实用化的关键环节。在实心束情况下,对双电子束约束磁场进行了3维PIC模拟。在粒子模拟的基础上搭建了双电子束磁场引导系统,进行了磁场引导环形双电子束传输实验研究,在二极管电压约380 kV时,环形双束流值分别为5.10 kA和4.92 kA。实验结果表明,所设计磁场系统能够对环形双电子束进行有效约束,有效约束磁场约0.5 T。     

中性中间玻色子Z~0和它的发现

西欧联合核子中心在质子、反质子对撞机上观察到了中性中间玻色子Z0(简称Z0粒子)事例[1],这是今年内西欧中心继带电中间玻色子W±发现后的又一重大发现. 质子、反质子对撞时,质子、反质子中的层子、反层子(国外称为夸克.反夸克)相撞,“结合”到一起而产生Z0粒子.Z0粒子的质量很     

强脉冲电子束在锥状二极管中的自聚焦

近十几年来,强相对论电子束不断引起人们的极大兴趣。在强相对沦电子束中,箍缩现象及其性质已经在惯性约束计划和细聚焦强X射线源方面进行了许多理论与实验的研究,1978年,Y. Carmel等人观察到电子束在锥状阳极二极管中的聚焦;A. Mahaffey等人在     

暗物质粒子湮没生成的反质子谱

在粒子物理最小超对称标准模型下,计算了X0X0→gg物理过程的反应截面.利用所获得的截面值给出了暗物质粒子Neutralino X0湮没生成的反质子谱.计算表明:反质子谱具有的可观性,为寻找暗物质粒子和超对称粒子提供了一种可能的途径.     

宇宙空间的次级反质子流强的计算

利用最近的实验结果, 计算了宇宙线与星际物质碰撞产生的反质子流强. 把这计算结果与Golden等人的实验结果比较指出: 在宇宙空间中很可能存在原初反质子.