Injektion und Einfang von Positronen zur Erzeugung eines Positronen-Elektronen-Plasmas

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Christoph Hugenschmidt; Dr. Eve V. Stenson, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461996311

„Paarplasmen“ aus Elektronen und Positronen sind einzigartig symmetrische Plasmen, bei denen die negativ und positiv geladenen Teilchen – im Gegensatz zu der großen Massendifferenz zwischen Elektronen und Ionen in Standardplasmen – eine identische Masse haben. Nach mehr als vier Jahrzehnten theoretischer Vorhersagen und Berechnungen zu ihren Eigenschaften stehen wir endlich kurz davor, magnetisch eingeschlossene Paarplasmen im Labor herzustellen und zu untersuchen. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse einen wesentlichen Beitrag zu unserem grundlegenden Verständnis der Plasmaphysik leisten mit Auswirkungen auf verschiedene Bereiche vom Magneteinschluss bei Fusionsreaktoren bis hin zu astrophysikalischen Systemen, in denen Elektronen-Positronen-Plasmen auf natürliche Weise auftreten. Auf dem Weg zu unserem Ziel sind die drei zentralen Herausforderungen (i) die Gewinnung von genügend Positronen bei geeigneten Parametern, um im Plasma-Regime (kollektives Verhalten) zu sein, (ii) die Entwicklung von Fallen mit ausreichend langen Einschlusszeiten für diese Positronen und einer gleichen Anzahl von Elektronen und (iii) Transfer – der im Fall von Positronen hocheffizient sein muss – der geladenen Teilchen in die Fallen. Die DFG-Förderung unseres Projekts "Positroneninjektion in ein magnetisches Dipolfeld zur Untersuchung eines Elektronen-Positronen-Plasmas" hat wesentliche Fortschritte im Bereich aller drei Herausforderungen ermöglicht. Zu den Highlights gehörten die verlustfreie Injektion niederenergetischer Positronen in ein magnetisches Dipolfeld, ein langer Positroneneinschluss (über eine Sekunde) in diesem Feld und die Injektion von Positronen in eine bereits vorhandene Elektronenraumladung sowie ausgefeilte Simulationen zur Unterstützung der durchgeführten Experimente und zur Entwicklung der Auslegung zukünftiger Experimente. Dank dieser Ergebnisse konnten die Arbeiten (parallel finanziert durch andere Quellen) von Teilchenfallen der nächsten Generation vorangetrieben werden, die eine größere Anzahl von Positronen und Elektronen werden einschließen können. In unserem aktuellen Projektantrag erklären wir, wie wir unsere Erfolge aus unserem letzten Antrag auf diese neuen Fallen übertragen möchten, um diese Methoden weiterzuentwickeln und unser Ziel, Paarplasmen, in den nächsten Jahren zu erreichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartner: Professor Clifford Surko