电子偶素分子产生的实验研究

电子偶素（Positronium，符号Ps）是正电子和电子组成的准束缚态，它是一种特殊原子，也是最轻的类氢原子。据2007年9月Nature报道，科学家已制成由两个电子偶素组成的电子偶素分子，它是人类首次制成的物质-反物质分子，在基础物理学研究中具有重要科学意义。本项目将利用国际上新发展起来的基于捕获的正电子束技术，在国内首次开展电子偶素产生的实验研究。主要研究内容和研究目标是：1）正电子的压缩和积累，力争捕获效率达到20%，积累3×10^7个正电子；2）正电子聚束和强正电子脉冲的产生，将产生脉宽小于1ns，面密度大于2×10^10/cm^2 的强正电子脉冲；3）设计制作含纳米孔洞的二氧化硅多孔薄膜，研究高密度电子偶素在其中的形成；4）电子偶素分子产生和鉴别的实验研究。研究结果将为实现电子偶素玻色爱因斯坦凝聚（Ps-BEC）和研究基于电子偶素受激湮没而产生伽马激光等前沿探索打下坚实基础。

完成了慢正电子束与正电子捕获装置的联调实验，正电子束束斑尺寸由10mm压缩至约1mm，正电子积累时间约20秒。设计了新型聚束磁场和具有二维扫描功能的靶室，以产生正电子微束，预计微束直径约50微米。对基于捕获阱的正电子脉冲束进行了模拟设计。制备了能产生大量电子偶素（Ps)的多孔二氧化硅薄膜材料，研究了电子偶素在多孔催化材料中的湮没机制。用正电子湮没研究了若干纳米材料中的缺陷特性: 如用慢正电子束技术研究了紫外照射对硅橡胶(PDMS)绝缘子表面界面结构的影响；研究了光催化材料纳米二氧化钛的相变和微结构，探测到相变过程中晶粒表面缺陷的种类与数量变化；研究了金属氧化物纳米材料的微结构与铁磁性等。由于实验装置加工周期长以及放射源较弱等原因，故正电子微束和电子偶素分子产生实验将推迟。