Ανίχνευση της ακτινοβολίας ενός ηλεκτρονίου

Posted on 22/04/2015

0


sn-cyclotronREV2_0Τα φορτισμένα σωματίδια, όπως τα ηλεκτρόνια, όταν κινούνται σε κυκλικές ή ελικοειδείς τροχιές μέσα σε μαγνητικό πεδίο, εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία στην συχνότητα των ραδιοκυμάτων. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ακτινοβολία κύκλοτρου. Καθώς εκπέμπουν ακτινοβολία, τα σωματίδια σταδιακά χάνουν ενέργεια και κινούνται σε ολοένα και πιο κλειστές τροχιές και η συχνότητα της ακτινοβολίας αυξάνεται.

Μια ομάδα ερευνητών σχεδίασε έναν νέο τρόπο ακριβούς μελέτης της ακτινοβολίας από ηλεκτρόνια σε μαγνητικό πεδίο [Single electron detection and spectroscopy via relativistic cyclotron radiation].
Το πείραμα είναι γνωστό ως Project 8, συνεργάζονται σ’ αυτό 27 επιστήμονες από έξι ερευνητικά κέντρα των ΗΠΑ και της Γερμανίας και ανιχνεύει την συχνότητα της ακτινοβολίας που εκπέμπει ένα μεμονωμένο ηλεκτρόνιο που βρίσκεται σε κυκλική τροχιά. Η συχνότητα και κατά συνέπεια η ενέργεια του ηλεκτρονίου, μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια.

Τα ηλεκτρόνια αυτά εκπέμπουν ραδιοκύματα συχνότητας 26 GHz. «Είναι η ίδια συχνότητα που χρησιμοποιείται στις στρατιωτικές επικοινωνίες» σχολιάζει ο J.  Formaggio, επίκουρος καθηγητής Φυσικής στο MIT και μέλος της ερευνητικής ομάδας.

e36_1_mediumΤα ηλεκτρόνια, που εκπέμπονται από το ισότοπο  83mKr, οδηγούνται σε έναν μικρό θάλαμο εκτεθειμένο σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο και ο ανιχνευτής που συναρμολόγησαν οι ερευνητές μπόρεσε να καταγράψει τις ραδιοεκπομπές μεμονωμένων ηλεκτρονίων για χρονικό διάστημα αρκετών χιλιοστών του δευτερολέπτου, αρκετά για να δει τη συχνότητα της ακτινοβολίας να αυξάνεται καθώς τα ηλεκτρόνια κινούνταν στις σπειροειδείς, όλο και πιο κλειστές, τροχιές τους. Πρόκειται για ένα εντυπωσιακό επίτευγμα, καθώς η ισχύς της ακτινοβολίας που ανιχνεύθηκε ήταν της τάξης του ενός τετράκις εκατομμυριοστού του watt.
cyclotron radiationΕπόμενος στόχος των ερευνητών είναι να εφαρμόσουν την ίδια τεχνική στο τρίτιο _{1}^{3}H, ένα ισότοπο του υδρογόνου του οποίου ο πυρήνας περιέχει ένα πρωτόνιο και δύο νετρόνια. Το τρίτιο υφίσταται βήτα ραδιενεργή διάσπαση: \, _{1}^{3}H \rightarrow \, _{2}^{3}He + \, e^{-} + \bar{\nu}_{e}

Aν οι ερευνητές μετρήσουν την ενέργεια του ηλεκτρονίου κρυφακούγοντας τις ραδιοεκπομπές του μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, θα μπορέσουν επιτέλους να υπολογίσουν την ενέργεια, και τη μάζα, των νετρίνων. Αρκεί να βελτιωθεί κι άλλο η διακριτική ικανότητα του πειράματος.

Αυτός είναι και ο στόχος ενός διαφορετικού ερευνητικού προγράμματος που ξεκινά στην Καρλσρούη της Γερμανίας, βασισμένο στον ανιχνευτή Katrin, ο οποίος θα απορροφά τα ηλεκτρόνια.

Παραμένει άγνωστο ποιο πείραμα, το Katrin ή το Project 8, θα απαντήσει πρώτο στο ερώτημα. Μια βασική διαφορά είναι πάντως ότι ο ανιχνευτής Katrin καταλαμβάνει ένα ολόκληρο εργαστήριο, ενώ ο ανιχνευτής ραδιοκυμάτων χωράει στον πάγκο του εργαστηρίου.

Πηγές: news.in.gr – news.sciencemag.org – physics.aps.org