80% Lichtgeschwindigkeit nach 5cm:
Elektronenkanone einsatzbereit

Wissenschaftler aus den USA haben die weltweit leistungsstärkste polarisierte Elektronenkanone entwickelt und getestet. Dieses Gerät ist ein wichtiger Bestandteil für den Bau des weltweit ersten voll polarisierten Elektron-Ion-Colliders (EIC).

Kontrollierbarer Spin

Der EIC, der am Brookhaven National Laboratory des US-Energieministeriums in Zusammenarbeit mit der Thomas Jefferson National Accelerator Facility entsteht, soll es ermöglichen, polarisierte Elektronen mit polaren Protonen und Ionen kollidieren zu lassen. Dies soll Forschern helfen, die innersten Bausteine der sichtbaren Materie zu erforschen.

Die neue Elektronenkanone übertrifft die Anforderungen des EIC deutlich, wie der leitende Wissenschaftler Erdong Wang erklärte. Wang hatte das Konzept 2017 vorgeschlagen und die Entwicklung seither geleitet. Gemeinsam mit Experten von Institutionen wie der Stony Brook University und dem Jefferson Lab gelang es, diese fortschrittliche Technologie zu realisieren.

Das Besondere an der Elektronenkanone ist ihre Fähigkeit, Elektronen auf 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen - in nur zwei Billionstel Sekunden und auf einer Strecke von gerade einmal fünf Zentimetern. Doch nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Polarisation der Elektronen, also die Ausrichtung ihrer Spins, ist entscheidend für den Erfolg des Experiments. Diese Polarisation ermöglicht es den Wissenschaftlern, die Protonenspin-Struktur zu untersuchen, was eine tiefere Einsicht in die Bausteine der Materie verspricht.

Dem Proton auf der Spur

Das EIC wird das weltweit erste Gerät sein, bei dem die Spins beider Strahlen - Elektronen und Ionen - kontrolliert und ausgerichtet werden können. Durch diese einzigartigen Kollisionen soll unter anderem geklärt werden, wie der Spin eines Protons entsteht. Dies ist eine Frage, die in der Physik bislang weitgehend unbeantwortet ist.

Ein weiteres Highlight des Projekts ist die umweltfreundliche Bauweise. Die Elektronenkanone kommt ohne das klimaschädliche Isoliergas Schwefelhexafluorid aus, das häufig in ähnlichen Systemen verwendet wird. Stattdessen nutzte das Team innovative Techniken, um die hohe Spannung sicher zu übertragen und gleichzeitig eine Vakuumumgebung zu schaffen, die sogar die Bedingungen auf dem Mond übertrifft.


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