美因茨大学 GF概念:激光光子(粉红波)被加速器环中循环的PSI散射
散射光子沿着离子运动的方向传播(紫色箭头)，产生一束高能伽马射线
学分:美因茨大学 “伽马工厂倡议”——一个国际科学家团队——目前正在探索一种新的研究工具:他们提议利用欧洲粒子物理研究所现有的加速器设施开发一种高强度伽马射线源
为了做到这一点，专门的离子束将在SPS和LHC储存环中循环，然后用激光束激发它们，使它们发射光子
在选定的配置中，光子的能量将在电磁频谱的伽马辐射范围内
这对于原子核的光谱分析特别有意义
此外，伽马射线将被设计成具有非常高的强度，比目前运行的系统高几个数量级
在最新一期的《物理学杂志》上，研究人员声称，以这种方式构建的“伽马工厂”不仅能在光谱学上取得突破，还能以新的方式测试自然界的基本对称性
伽马工厂提案的核心是由铅等重元素制成的特殊离子束，这些重元素已经剥夺了外壳中几乎所有的电子
铅原子通常在原子核中有82个质子，在壳层中有82个电子
如果只剩下一个或两个电子，那么所谓的“部分剥离离子”会是什么结果呢
在未来的伽马工厂环境中，它们将在高能储存环中循环，如欧洲粒子物理研究所的超级质子同步加速器或大型强子对撞机(LHC)
视觉为研究现代科学中的各种基本问题提供了独特的机会
在原子物理学中，它们充当一种小型实验室，研究当电子很少的系统暴露在强电磁场中时，它们是如何表现的——在粒子成像的情况下，强电磁场是由原子核本身产生的
伽马工厂的主要概念是使激光束与加速的防扩散安全倡议光束正面碰撞
在“防扩散安全倡议实验室”，入射光子可以通过将电子传输到更高的轨道来产生激发态——这构成了一个理想的测试系统，将有助于使用原子光谱学(初级束光谱学)进行详细的研究
反过来，由激光束激发的影像本身会发射光子，然后这些光子可以在“超安全倡议实验室”之外的许多其他实验中使用(次级光束光谱学)
产生的伽马射线束的特征是高达400兆电子伏的高能，相当于3毫微微米的波长
相比之下，可见光的光子能量小八个数量级，相应地波长更大
“我们提议的伽马工厂提供了两个非常令人兴奋的前景:一方面，它将是一个非常强的光源，在非常特定的频段产生高能伽马射线；与此同时，它将充当一个巨大的离子阱，在这里我们可以使用光谱学来获得储存环中循环的影像的非常精确的图像
来自美因茨大学和亥姆霍兹研究所的Dmitry Budker是最近的出版物的作者之一
“在我们的文章中，我们描述了这两种方法提供的许多可能性
另一方面，解决当前和未来与建立这样一个伽马工厂相关的挑战是很重要的
" 初级束光谱学令人兴奋的物理应用的例子包括测量原子宇称违反的影响——亚原子粒子之间弱相互作用的结果——以及探测中子在原子宇称违反的原子核中的分布
由此获得的信息将补充美因茨正在进行的一些最重要的研究活动
例如，具有精确控制偏振的次级高能伽马射线束可以与“固定”偏振目标结合使用，以便研究原子核的结构以及与天体物理学有关的核反应
次级伽马射线也可以用来产生高强度的三级束，例如中子、μ子或中微子
为了确保伽马工厂的最佳运行，必须克服各种技术挑战
德米特里·布克指出:“例如，我们需要学会对超相对论性的防扩散安全倡议进行激光冷却，以减少它们的能量扩散，并获得清晰的光束。”
“虽然已经对低能离子的激光冷却进行了研究，例如在达姆施塔特的GSI，但它还没有像伽马工厂那样在高能下进行
" 欧洲核子研究中心的伽马工厂不再只是一个白日梦，因为在2018年7月，从概念到现实取得了重大进展
伽马工厂小组与欧洲粒子物理研究所加速器专家一起设法使类似氢和氦的铅离子束在SPS中循环几分钟
类似氢气的光束后来被注入LHC，在那里循环了几个小时
“下一个关键步骤是在欧洲粒子物理研究所的SPS运行专门的原理验证实验，这将有望验证整个伽马工厂概念，”德米特里·布德克总结道，概述了令人兴奋的下一阶段
伽马工厂是一个雄心勃勃的提议，目前正在欧洲粒子物理研究所的“超越对撞机的物理学”项目中进行探索
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
