Aarhus University Seal

En krystal som en 250 Tesla 'magnet' til elektroner

Et internationalt forskerhold har ved Stanford Linear Accelerator Center vist, at en bøjet krystal kan afbøje en høj-energi elektronstråle. Fra IFA deltager Ulrik Uggerhøj og delB ph.d.-studerende Tobias N. Wistisen.

Med deltagere fra Aarhus Universitet har et internationalt forskerhold på SLAC (Stanford), en amerikansk parallel til det fælleseuropæiske fysikforskningcenter CERN, formået at bøje en høj-energi elektron-stråle med en tynd, bøjet krystal. For at opnå en tilsvarende afbøjning med en magnet, ville det kræve et magnetfelt 26 gange stærkere end feltet i CERNs LHC maskine, der ellers er 'state-of-the-art' i superledende magneter.

Resultatet kommer 35 år efter at det lykkedes et forskerhold på CERN, ledet af fysikere også fra Aarhus Universitet, at bøje en proton-stråle med en krystal. At det har taget så lang tid at gå fra positive partikler (protoner) til negative (elektroner), skyldes deres meget forskellige vekselvirkninger med krystallen. "Men det har været ventetiden værd", udtaler Ulrik Uggerhøj fra Aarhus Universitet, "for anvendelsesmulighederne for bøjning af elektronstråler er meget mere omfattende end for protonstråler". Det nye fænomen kan f.eks. bruges til at afgrænse partikelstrålen i acceleratorer. I sådanne maskiner kan der frembringes intens røntgen-stråling bl.a. til undersøgelse af nye materialer og biologiske prøver, som den amerikanske Linac Coherent Light Source eller den europæiske XFEL der forventes at starte i 2017. I et endnu længere perspektiv kan fænomenet bidrage til fremtidens acceleratorer, såsom den planlagte CLIC på CERN, der bl.a. skal undersøge Higgs partiklen i detalje.

Forskerne benytter en fosfor-skærm til at måle hvordan krystallen bøjer elektron-strålen. Når elektronerne gennemtrænger krystallen langs en tilfældig retning, fortsætter strålen upåvirket ligeud (Undeflected). Derimod, drejes krystallen så strålen rammer en krystal-plan, vil planen virke som et 'spejl' og bøje strålen væk fra planen (Volume reflection). Drejes krystallen yderligere så strålen kommer ind langs med planen, vil strålen følge bøjningen af krystallen hele vejen igennem og opnå en kraftig bøjning den samme vej som planen (Channeling). Filmen viser de rigtige data fra skærmen på SLAC, mens krystallen drejes så de forskellige aspekter af fænomenet kan undersøges. (Tobias N. Wistisen)

Forskerne benytter en fosfor-skærm til at måle hvordan krystallen bøjer elektron-strålen. Når elektronerne gennemtrænger krystallen langs en tilfældig retning, fortsætter strålen upåvirket ligeud (Undeflected). Derimod, drejes krystallen så strålen rammer en krystal-plan, vil planen virke som et 'spejl' og bøje strålen væk fra planen (Volume reflection). Drejes krystallen yderligere så strålen kommer ind langs med planen, vil strålen følge bøjningen af krystallen hele vejen igennem og opnå en kraftig bøjning den samme vej som planen (Channeling). Filmen viser de rigtige data fra skærmen på SLAC, mens krystallen drejes så de forskellige aspekter af fænomenet kan undersøges. (Tobias N. Wistisen)

Resultatet er udgivet i det anerkendte tidsskrift, Physical Review Letters.

Link til pressemeddelelse fra SLAC.