Photoelectric characterization of a sodium-coated tungsten surface : a preliminary step toward positronium beam formation

The positronium negative ion (Ps−) is a bound state of two electrons and one positron. It is of particular interest for fundamental physics experiments, such as gravitation and interference experiments [1]. It is spontaneously emitted from some metal surfaces when bombarded with positrons, but the emission efficiency is very low. A near-monolayer alkali metal coating on tungsten enhances the production efficiency of Ps− [2]. This coating lowers the work function and increases the electron density at the surface, thereby maximizing Ps− emission. At the same time, these conditions also optimize electronic photoemission, meaning that the ideal parameters for Ps− production coincide with those that yield the highest photocurrent in the photoelectric effect. This thesis describes the analysis by means of photoelectric effect of a thin sodium layer deposited on a tungsten sample at different temperatures. In particular the time stability and the best conditions to achieve high current signals are explored. Photoelectric quantum efficiency is considered as a figure of merit of obtained results, as well as time constant for signal decrease.

Lo ione positronio negativo (Ps−) è uno stato legato di due elettroni e un positrone. È di particolare interesse per esperimenti di fisica fondamentale, ad esempio esperimenti di gravitazione e interferenza [1]. Viene emesso spontaneamente da alcune superfici metalliche quando sono irraggiate con positroni, tuttavia l’efficienza di emissione è molto bassa. Una copertura di circa un singolo strato di metallo alcalino sul tungsteno aumenta l’efficienza di produzione del Ps− [2]. Tale copertura diminuisce la funzione lavoro e aumenta la densità di elettroni vicino alla superficie, massimizzando in tal modo l’emissione di Ps−. Tali condizioni ottimizzano allo stesso tempo anche la fotoemissione di elettroni, dunque i parametri ideali per la produzione di Ps− coincidono con quelli che forniscono la massima corrente nell’effetto fotoelettrico. Questa tesi descrive l’analisi, per mezzo dell’effetto fotoelettrico, di un sottile strato di sodio depositato su un campione di tungsteno, a diverse temperature. In particolare vengono studiate le migliori condizioni per ottenere un alto segnale di corrente fotoelettrica nonché la stabilità temporale di tali condizioni. L’efficienza quantica è considerata come indice di prestazione dei risultati ottenuti, così come la costante di tempo della decrescita del segnale.