Nei vecchi televisori a raggi catodici, un'immagine viene generata quando un fascio di elettroni eccita uno schermo al fosforo, facendo sì che il fosforo irradi luce. Ora in un nuovo studio, i ricercatori hanno scoperto che un fascio di positroni (antielettroni carichi positivamente) incidente su uno schermo al fosforo produce una luminescenza significativamente maggiore rispetto a un fascio di elettroni.

Quando i ricercatori hanno iniziato la loro ricerca, si aspettavano che le applicazioni fossero principalmente utilitaristiche:principalmente, per comprendere le differenze tra l'utilizzo di positroni ed elettroni durante l'esecuzione di esperimenti con schermi al fosforo come diagnostica di positroni. Però, le differenze erano molto più interessanti di quanto si aspettassero, che possono estendere le potenziali applicazioni ad aree come la progettazione di nuovi sistemi diagnostici e l'apprendimento di più sulle proprietà dei materiali luminescenti.

Gli scienziati, E. V. Stenson, U. Hergenhahn, M. R. Stoneking, e T. Sunn Pedersen, al Max Planck Institute for Plasma Physics, tra gli altri istituti, hanno pubblicato un articolo sul confronto tra positroni ed elettroni luminescenza in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno confrontato la luminescenza eccitata da un fascio di positroni con quella eccitata da un fascio di elettroni per due diversi fosfori (ZnS:Ag e ZnO:Zn). Per entrambi i fosfori, i risultati complessivi erano simili. Quando l'energia del raggio è aumentata da zero, la quantità di luminescenza indotta da positroni è aumentata rapidamente, mentre la quantità di luminescenza indotta dagli elettroni è aumentata molto più gradualmente. Al di sopra di un certo livello di energia del raggio, entrambi i tipi di luminescenza sono cresciuti in modo lineare approssimativamente alla stessa velocità. Quindi a livelli di energia del fascio molto elevati, la differenza tra luminescenza indotta da positroni ed elettroni divenne trascurabile.

Anziché, la differenza più evidente si è verificata ai livelli di energia del raggio più bassi. Per esempio, per produrre la stessa quantità di luminescenza prodotta da un fascio di elettroni con diverse migliaia di elettronvolt di energia, un fascio di positroni richiedeva solo poche decine di elettronvolt (eV) per ZnS:Ag, e per ZnO:Zn, anche meno di 10 eV. Come spiegano i ricercatori, l'enorme differenza deriva dall'annientamento dei positroni, che produce un numero maggiore di stati eccitati nei materiali fosforici.

Poiché i positroni possono essere usati come strumento per conoscere i fosfori, e i fosfori possono essere usati come strumento per conoscere i positroni, i ricercatori si aspettano che i risultati saranno interessanti per entrambe le aree.

"Per i ricercatori che osservano i positroni incidenti sui materiali, sono i positroni che sono l'oggetto di interesse, "Stenson ha detto Phys.org . "In questo caso, uno schermo al fosforo è visto solo come uno strumento per conoscere i positroni, ad esempio qualcosa di semplice quanti di loro hai a disposizione come ingredienti per creare plasmi anti-atomi o materia-antimateria.

"Per altri ricercatori, è il contrario, dove i positroni sono uno strumento per conoscere alcuni materiali. Si può fare questo, Per esempio, osservando quanto tempo impiegano i positroni ad annichilirsi con un particolare solido o liquido o gas, a quali angoli i positroni si disperdono su un materiale, o lo spettro energetico degli elettroni emessi da un materiale in cui si annichila un fascio di positroni".

A causa della notevole differenza tra elettroni e positroni, i risultati offrono anche un nuovo strumento per comprendere le proprietà dei materiali luminescenti in generale.

"I materiali luminescenti hanno una lunga storia, essendo stato utilizzato per decenni in cose come tubi a raggi catodici, e sono ancora in fase di sviluppo per una varietà di nuove applicazioni, " Stenson ha detto. "I materiali luminescenti hanno applicazioni che vanno dai beni di consumo (display, materiali post-incandescenza) a rilevatori specializzati (sensori di gas, scintillatori) alle nanoparticelle utilizzate per il trattamento del cancro".

Stenson ha spiegato che, nonostante questi materiali abbiano una storia così lunga, ci sono ancora questioni aperte su importanti aspetti della fisica dei materiali luminescenti. Queste domande includono la struttura dei centri di luminescenza, le vie di eccitazione e rilassamento per la catodoluminescenza, e l'origine della "tensione morta", cioè perché gli elettroni con meno di un keV o due di energia non producono luminescenza rilevabile in molti fosfori.

"Mi aspetto che ulteriori studi sulla luminescenza indotta da positroni (ad esempio, confrontare lo spettro di luce prodotto da positroni a bassa energia vs positroni ad alta energia vs elettroni ad alta energia) sarà un mezzo prezioso per indagare su queste domande aperte, soprattutto se combinato con altri approcci già in uso per lo studio dei materiali luminescenti, " ha detto Stenson.

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