Durch die Anpassung der für die Gammastrahlenastronomie verwendeten Technologie hat eine Gruppe von experimentellen Forschern herausgefunden, dass Röntgenübergänge, von denen früher angenommen wurde, dass sie gemäß der Atomphysik unpolarisiert seien, tatsächlich stark polarisiert sind, berichtet eine neue Studie, die in veröffentlicht wurde Briefe zur körperlichen Überprüfung am 15. März.
Wenn Elektronen mit hochgeladenen Ionen rekombinieren, wird die Röntgenpolarisation wichtig, um grundlegende Atomphysik mit relativistischen und quantenelektrodynamischen Effekten zu testen. Aber bis heute wurden experimentelle Forscher durch die technischen Schwierigkeiten herausgefordert, die diese Experimente erfordern.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Nobuyuki Nakamura, Institut für Laserwissenschaften der Universität für Elektrokommunikation, einschließlich Prof. Tadayuki Takahashi, Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums (Kavli IPMU), und Yutaka Tsuzuki, Student im Aufbaustudium, und Institut für Weltraum- und Astronautical Science (ISAS/JAXA) außerordentlicher Professor Shin Watanabe kombinierte erfolgreich zwei hochmoderne Instrumente und Technologien, um die Polarisation hochenergetischer Röntgenstrahlen zu messen, die emittiert werden, wenn hochgeladene Ionen hochenergetische Elektronen einfangen.
Die erste ist die Elektronenstrahl-Ionenfalle Tokyo-EBIT, die einer der weltweit führenden Generatoren für hochgeladene Ionen und experimentelle Instrumente der University of Electro-Communications ist, und die zweite ist die Si/CdTe-Compton-Kamera für Hochenergie Röntgenstrahlung, die hauptsächlich am ISAS/JAXA für astronomische Beobachtungen entwickelt und für diese Forschung verbessert wurde.
Die Technologie hinter der Si/CdTe-Compton-Kamera wurde ursprünglich von einem Team unter der Leitung von Takahashi entwickelt, um Röntgen- und Gammastrahlen im Universum zu untersuchen, die von hochenergetischen Schwarzen Löchern, Supernovae und Galaxienhaufen freigesetzt werden, und wurde in die Japan Aerospace Exploration Agency integriert (JAXA) ASTRO-H Satellit, gestartet im Jahr 2016.
Takahashi hatte nach einer Möglichkeit gesucht, die Technologie auf andere Bereiche zu übertragen. Nach einem Treffen mit Nakamura begann Takahashi mit der Entwicklung des Röntgenpolarisationsexperiments und der Implementierung der Si/CdTe-Compton-Kamera in die Methode.
Tsuzuki führte einen großen Teil der Kalibrierung und Simulation der Compton-Kamera durch.
Xiao-Min Tong, Associate Professor der Tsukuba University, Xiang Gao, Distinguished Research Fellow am Institute for Applied Physics and Computational Mathematics, und Daiji Kato, Associate Professor am National Institute for Fusion Science, führten eine theoretische Analyse der Ergebnisse durch, die offenbarte, dass die unerwartet große Polarisierung, die in der beobachtet wurde Experiment war das Ergebnis von Quanteninterferenzeffekten, bei denen quantenmechanische Wahrscheinlichkeitswellen miteinander interferieren. Normalerweise müssen die Anfangszustände zweier Wellen gleich sein, damit eine Interferenz auftritt, aber es zeigte sich auch, dass die beobachtete Polarisation durch einen besonderen Interferenzeffekt zwischen zwei Wellen mit unterschiedlichen Drehimpulsen verursacht wurde.
Mehr Informationen:
Nobuyuki Nakamura et al., Starke Polarisation eines Übergangs von J=1/2 zu 1/2, der durch unerwartet große Quanteninterferenz entsteht, Briefe zur körperlichen Überprüfung (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.113001
Bereitgestellt vom Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe