Ein zu einem Plasma ionisiertes Gas kann zur Fokussierung von Strahlen aus Elementarteilchen eingesetzt werden. Dies haben amerikanische Wissenschaftler des Linearbeschleunigerzentrums in Stanford in Kalifornien in einem Experiment mit Positronenstrahlen herausgefunden. Zur Fokussierung des Strahles benutzen sie ein zu einem Plasma ionisiertes Stickstoffgas. Die Arbeit der Forscher ist in dem Fachblatt Physical Review Letters nachzulesen.
Das Team um Clive Field vom Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) schoss einen Strahl sehr energiereicher Positronen durch eine Wolke aus Stickstoffgas, welches durch einen energiereichen Laserstrahl zuvor zu einem Plasma ionisiert worden war. Durch die Wechselwirkung des Positronenstrahls mit dem Plasma bildete sich ein elektrisches Feld aus, welches der gegenseitigen Abstoßung der Positronen des Strahles entgegenwirkte.
Dadurch wurde der Strahl um seine Ausbreitungsachse auf die doppelte Dichte komprimiert. Das Plasma wirkte demnach auf den Positronenstrahl wie eine optische Linse auf einen Lichtstrahl – es fokussierte den Teilchenstrahl. Die Forscher hoffen, dass dieses Prinzip in zukünftigen Teilchenbeschleunigern Anwendung finden wird.
Plasmalinsen werden schon seit mehreren Jahren zur Fokussierung niederenergetischer Elementarteilchenstrahlen eingesetzt. Bis zu dem Experiment der kalifornischen Wissenschaftler war jedoch unklar, ob dieses Fokussierungsprinzip auch mit hochenergetischen Strahlen funktionieren würde. Zur Klärung dieser Frage beschleunigte das Forscherteam in ihrem Experiment die Positronen auf eine Energie von 28,5 Gigaelektronenvolt – das ist die Energie, die ein Positron durch eine Beschleunigung mit einer Spannung von 28,5 Milliarden Volt erhält.
Die Fokussierung von Elementarteilchenstrahlen ist ein zentrales Problem bei Experimenten mit Elementarteilchen. Eine unzureichende Fokussierung würde Teilchen unterschiedlicher Strahlen aneinander vorbeifliegen lassen, anstatt durch einen Zusammenprall miteinander zu reagieren. Daher ist der positive Ausgang des Experimentes der kalifornischen Wissenschaftler eine gute Nachricht für die Planung zukünftiger Teilchenbeschleuniger.
Stefan Maier
