Fyysikko kesytettiin perushiukkasten tarkasti ohjattavaan palkkiin
Fyysikko kesytettiin perushiukkasten tarkasti ohjattavaan palkkiin
Ensimmäistä kertaa tutkijat - elektronien raskaammat, epävakaat, epävakaat sukulaiset - kiihtyivät tiukasti hallittuun säteen, joka tuo Myon Colliderin näkemyksen askeleen lähemmäksi todellisuutta.Japanin protonin kiihdytintutkimuskompleksin (J-PARC) ryhmä Tokaiissa keskittyi laseriin myonien virtaan saadakseen nopeasti liikkuvat hiukkaset pysähtymään. Tutkijat käyttivät sitten sähkökenttää nopeuttaakseen näitä "jäähdytettyjä" myoneja noin 4 %: iin valon nopeudesta. Tulokset, joita asiantuntijat eivät ole vielä tutkineet, julkaistiin 15. lokakuuta prefint-palvelimen arxiv 1 .
Tämä esitys on "iso askel eteenpäin" lähestymistavassa, joka on välttämätöntä . Tällaista törmäystä voitaisiin käyttää suorittamaan erittäin herkät mittaukset, jotka ovat välttämättömiä uusien fyysisten ilmiöiden paljastamiseksi. Se olisi pienempi ja mahdollisesti halvempaa rakentaa kuin muut hiukkasten törmäläiset, sanoo Knoxvillen Tennessee -yliopiston hiukkasfyysikko Tova Holmes.
myonit ovat kuitenkin lyhytaikaisia alkuaineiden hiukkasia, jotka ovat melkein identtisiä elektronien kanssa, mutta niillä on yli 200 kertaa niiden massoja. Viimeisen kymmenen vuoden aikana kompaktin Myon Colliderin suuntaan liittyvä liike on vahvistanut, jotka voisivat pysyä energioiden kanssa tai jopa ylittää ne, jotka saavuttavat valtavat protonit ja elektronien korkeakoulut, kuten 27 kilometrin Hadron Hadron Collider CERN: ssä, Geneven Euroopan fysiikan eurooppalaisessa laboratoriossa. 10 km pitkä Myon Collider pystyi tuottamaan hiukkasia, joilla on yhtä paljon energiaa kuin 90 kilometrin protonikoneesta, koska Myonen on alkuainepartikkelit, joiden koko energia menee mihin tahansa törmäykseen. Sitä vastoin protonin törmäykset komponenttien välillä.
Myonien kiihtyvyys on kuitenkin erittäin vaikeaa, koska niitä on vain noin 2 mikrosekuntia ennen kuin ne ovat elektronissa ja kahdessa tyypissä neutriinot . Ne liikkuvat myös eri suuntiin eri nopeuksilla, mikä vaikeuttaa niiden kesyttämistä kapeaksi, erittäin intensiiviseksi suihkukoneelle. Vaikka tutkijat ovat nopeuttaneet myoneja aiemmin, säteet ovat "erittäin erilaisia", sanoo tutkimuksen yhteistyö, Shusei Kamioka, hiukkasfyysikko korkean energian kiihdyttimen tutkimusorganisaatiossa Tsukubassa, Japanissa. Seurauksena on, että säteet ovat liian arvaamattomia, jotta niitä voidaan käyttää herkissä mittauksissa.
Tämän esteen voittamiseksi Kamioka ja hänen kollegansa ampuivat positiivisesti varautuneiden myonien säteen, myonien anti-antimaterien vastineen, nimeltään sienilääkkeet, piidioksidiaerogel-a-sienimateriaalissa, jota käytetään usein lämpöeristyksenä. Kun positiiviset muonit törmäsivät elektronien kanssa ilmageelissä, muodostui "muonium" neutraalit atomit. Tutkijat ampuivat laserin näille atomeille erottaakseen elektronit, mikä teki ne takaisin positiivisiin myoneihin, jotka olivat melkein jäädytettyjä. Tämä jäähdytysprosessi varmisti, että hiukkasten nopeudet ja ohjeet tulivat tasaisemmiksi.
Sitten tutkijat käyttivät sähkökenttää nopeuttaakseen näitä myoneja 100 kilon elektronijännitteen energiaan, joka saavutti nopeuden noin 4 % valon nopeudesta.
Vaikka tulokset ovat lupaavia, Myonissa on vielä pitkä matka todellisuudeksi, Holmes sanoo. Lähestymistapa olisi skaalata, jotta voidaan tuottaa vielä lähempänä, intensiivisempiä säteitä.
Kamioka selitti, että hän ja hänen kollegansa kehittävät tekniikkaa, joka on välttämätön myonien nopeuttamiseksi 94 prosenttiin valon nopeudesta, ja toivoo saavuttavan tämän vuoteen 2028 mennessä. "Tämä on seuraava virstanpylvämme", hän sanoo.
Tulevan törmäyksen rakentamisen lisäksi fyysikot voisivat käyttää korkean energian myon -säteitä kokeissa, jotka ylittävät hiukkasfysiikan standardimallin, kuten myonien salaperäisen magneettisuuden tarkat mittaukset - joka on Kamiokan mukaan vahvempi kuin teoreettisesti ennustettu.
-
Ra
aritomi, S. et ai. Preprint avatin https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367 (2024).