Физиците укротяват основните муонни частици в прецизно контролиран лъч

Физиците укротяват основните муонни частици в прецизно контролиран лъч

За първи път изследователите ускориха муони - по -тежките, нестабилни роднини на електрони - в плътно контролиран лъч, донесейки визията за сблъсък на муон една стъпка по -близо до реалността.

Екип от изследователския комплекс за ускорител на Япония (J-PARC) в Токай насочи лазер към поток от муони, за да изведе бързо движещите се частици в почти застой. След това изследователите приложиха електрическо поле, за да ускорят тези „охладени“ муони до около 4% от скоростта на светлината. Резултатите, които все още не са рецензирани, бяха публикувани на 15 октомври на предния сървър Arxiv 1.

Това постижение е „голяма стъпка напред“ в подхода, необходим за постигането на такъв Muon Collider да се изгради. Такъв сблъсък може да бъде използван за извършване на изключително чувствителните измервания, необходими за разкриване на нови физически явления. Би било по -малко и потенциално по -евтино да се изгради от други сблъсъци на частици, каза Това Холмс, физик на частиците в Университета в Тенеси в Ноксвил.

Муните са краткотрайни елементарни частици, които са почти идентични с електроните, но имат повече от 200 пъти повече от масата си. През последното десетилетие се увеличава движението към компактен сблъсък на Муон, който би могъл да съперничи или дори да надвиши енергиите, постигнати от гигантски протонни и електронни колеги, като например 27-километровия голям адронен сблъсък в CERN, европейската лаборатория по физика на частиците близо до Женева. 10-километров Muon Collider може да произвежда частици с толкова енергия, колкото тези от протонна машина с дължина 90 километра, тъй като муните са елементарни частици, чиято цялостна енергия влиза във всеки сблъсък. За разлика от това, протонните сблъсъци се появяват между съставните кварки.

Ускоряването на мюоните обаче е изключително трудно, тъй като те съществуват само за около 2 микросекунди преди преобразуване в електрон и два вида Неутрино разпада. Те също се движат в различни посоки с различни скорости, което ги прави трудни за укротяване в тясна, висока интензивна струя. Въпреки че изследователите са ускорили муони преди, лъчите са „много различни“, казва съавторът на проучването Shusei Kamioka, физик на частиците в организацията за изследване на високите енергийни ускорители в Цукуба, Япония. Това прави лъчите твърде непредсказуеми, за да се използват за чувствителни измервания.

За да преодолеят това препятствие, Камиока и неговите колеги изстреляха лъч от положително заредени муони, антиматериалният колега на муони, наречен Антимуони, в силициев аерогел-материал, наподобяващ гъба, често се използва като термична изолация. Когато положителните муони се сблъскаха с електрони в аерогела, се образуват неутрални атоми на „муоний“. Изследователите изстреляха лазер по тези атоми, за да отделят електроните си, превръщайки ги обратно в положителни муони, които бяха почти замразени. Този процес на охлаждане накара скоростта и посоките на частиците да станат по -равномерни.

След това изследователите използваха електрическо поле, за да ускорят тези забавящи се муони до енергия от 100 килоелектронни волта, достигайки скорост от около 4% от скоростта на светлината.

Въпреки че резултатите са обещаващи, има още дълъг път, преди да се сблъска с муон, казва Холмс. Подходът ще трябва да бъде мащабиран, за да се получи още по -тесни, по -високи интензивни лъчи, добавя тя.

Камиока каза, че той и неговите колеги развиват технологията, необходима за ускоряване на мюоните до 94% от скоростта на светлината и се надяват да постигнат това до 2028 г.. „Това е следващият ни крайъгълен камък“, казва той.

В допълнение към изграждането на бъдещ сблъсък, физиците биха могли да използват високоенергийни мюонни лъчи в експерименти, които надхвърлят стандартния модел на физиката на частиците, като прецизни измервания на мистериозния магнетизъм на муони-който е по-силен от теоретично прогнозирания, каза Камиока.

1. Aritome, S. et al. Предварително на https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367 (2024).

Изтеглете референции