Füüsikud taltsutavad põhilisi kooniosakesi täpselt kontrollitavaks talaks

Füüsikud taltsutavad põhilisi kooniosakesi täpselt kontrollitavaks talaks

Esmakordselt on teadlased kiirendanud muonite - elektronide raskemad, ebastabiilsed sugulased - tihedalt juhitavas talas, tuues visiooni muoni kokkupõrkest ühe sammu reaalsusele lähemale.

Tokais asuva Jaapani prootonkiirendi uurimiskompleksi (J-PARC) meeskond oli suunatud laseriks, et viia kiiresti liikuvad osakesed lähedale. Seejärel rakendasid teadlased elektrivälja, et kiirendada neid “jahutatud” kusid umbes 4% -ni valguse kiirusest. Tulemused, mida pole veel eelretsenseeritud 1.

See saavutus on „suur samm edasi” lähenemisviisis, mis on vajalik selle saavutamiseks Müoniküsija ehitada. Sellist põrkerit saaks kasutada uute füüsiliste nähtuste paljastamiseks vajalike äärmiselt tundlike mõõtmiste tegemiseks. Knoxville'is Tennessee ülikooli osakeste füüsik Tova Holmes ütles, et see oleks väiksem ja potentsiaalselt odavam ehitada kui teised osakeste kokkupõrked.

MUONID on lühiajalised elementaarsed osakesed, mis on peaaegu identsed elektronidega, kuid millel on rohkem kui 200 korda massi. Viimase kümnendi jooksul on üha enam liikunud kompaktse muonikokkupõrke poole, mis võib konkureerida või isegi ületada hiiglaslike prootonite ja elektronide kokkupõrkeid, nagu näiteks 27-kilomeetri pikkune suur hadron-põrmuker CERN-is, Euroopa osakeste füüsika laboris Genfi lähedal. 10-kilomeetri pikkune kolija võib toota osakesi sama palju energiat kui 90-kilomeetrise prootonmasinast pärit osakesi, kuna kutid on elementaarsed osakesed, mille kogu energia läheb igasse kokkupõrkesse. Seevastu prootoni kokkupõrked toimuvad koostisosade vahel.

Kuude kiirendamine on aga äärmiselt keeruline, kuna need eksisteerivad ainult umbes 2 mikrosekundi jooksul enne elektroniks ja kahte tüüpi muutmist Neutriinos laguneda. Samuti liiguvad nad erinevates suundades erineva kiirusega, muutes nende kitsasse ja intensiivsusega reaktiivlennuki taltsutamise keeruliseks. Ehkki teadlased on varem kutid kiirendanud, on talad "väga erinevad", ütles uuringu kaasautor Shusei Kamioka, Jaapanis Tsukuba kõrge energiakiirendi uurimisorganisatsiooni osakeste füüsik. See muudab talad tundlike mõõtmiste jaoks kasutamiseks liiga ettearvamatuks.

Sellest tõkkejooksust ülesaamiseks lasid Kamioka ja tema kolleegid positiivselt laetud kumade tala-antimuinete antimaterjali vastasosa, mida nimetatakse antimuoniks, ränidioksiidi õhugeeli-käsnataolist materjali, mida sageli kasutatakse soojus isolatsioonina. Kui positiivsed kutid põrkusid lennukiga elektronidega, moodustusid muooniumi neutraalsed aatomid. Teadlased vallandasid nende aatomite juures laser, et oma elektronid katkestada, muutes nad tagasi positiivseteks kuskideks, mis olid peaaegu külmunud. See jahutusprotsess põhjustas osakeste kiiruse ja juhiste ühtlasemaks.

Seejärel kasutasid teadlased elektrivälja, et kiirendada nende aeglustavate kumade energiat 100 -kiloelektron -volti, ulatudes kiirusega umbes 4% valguse kiirusest.

Ehkki tulemused on paljutõotavad, on veel pikk tee minna, enne kui Muoni kokkupõrge reaalsuseks saab, ütleb Holmes. Ta lisab, et lähenemisviis oleks vaja veelgi kitsamate ja suurema intensiivsusega talade tootmiseks.

Kamioka ütles, et tema ja ta kolleegid arendavad tehnoloogiat, mis kiirendab kuskid 94% -ni valguse kiirusest ja loodavad selle saavutada 2028. aastaks. "See on meie järgmine verstapost," ütleb ta.

Lisaks tulevase kokkupõrke ehitamisele võiksid füüsikud kasutada ka eksperimentides kõrge energiatarbega koonide talasid, mis ületavad osakeste füüsika standardmudeli, näiteks Muoni salapärase magnetismi täpsed mõõtmised-mis on tugevam, kui teoreetiliselt ennustati, ütles Kamioka.

1. Assome, S. jt. Eeltrükk kell https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367 (2024).

Laadige alla viited