Studio di materiali mesoporosi per la produzione di positronio freddo

Il presente lavoro di tesi si propone la caratterizzazione, mediante spettroscopia di positroni, di tre materiali mesoporosi (materiali con pori di dimensione tra i 2 nm e i 50 nm), di biossido di silicio (Si02). Gli ossidi mesoporosi sono ottimi produttori di positronio (Ps) a vita lunga (decine di nanosecondi a differenza di metalli e semiconduttori dove il positronio vive meno di 1 ns) e consentono la termalizzazione del Ps all’interno dei loro pori. Due mesoporosi analizzati (MCM-41 e Aerogel-150) sono già noti in letteratura come ottimi convertitori di positroni in positronio (Ps), mentre un terzo è un prototipo in fase di studio. Mentre MCM e Aerogel sono dei materiali macroscopici, con spessore di qualche mm, utilizzati come convertitori positroni-positronio in geometria di riflessione, il terzo è una membrana di silice spessa poche centinaia di micron pensato come un innovativo convertitore in trasmissione. Per convertitori in riflessione si intende che il Ps formatosi nel materiale viene riemesso in vuoto per il fenomeno di backscattering, dalla stessa superficie sulla quale incidono i positroni. In trasmissione invece il Ps è emesso sulla superficie opposta del convertitore rispetto alla faccia su cui incidono i positroni. Questa geometria presenta alcuni vantaggi rispetto alla riflessione, come mostrato da alcune simulazioni: disaccoppiamento della zona della sorgente di positroni, dalla zona di utilizzo del Ps (zona dell’esperimento), maggior produzione di Ps e possibilità di ottenere impulsi di Ps più focalizzati in spazio e più ridotti in tempo. L’analisi del lifetime dell’orto-Positronio è stata condotta a diverse temperature, dai 333 K (60°C) fino a temperature criogeniche di 13 K, per osservare l’andamento del tempo di vita in funzione della temperatura. Conoscere i valori di lifetime del Ps a basse temperature è importante per esperimenti come AEgIS e QUPLAS che prevedono ambienti criogenici. Interessante è anche verificare se il modello di Tao-Eldrup modificato che propone un andamento del lifetime in funzione della temperatura, oltre che della dimensione dei pori, si applica ai materiali sopracitati. Infine sono presentati i dati della frazione di orto-Ps (il Ps con tempo di vita più lungo) prodotta nei tre materiali, ottenuta dall’analisi con il fascio di positroni ad energia variabile.