A fizikusok az alapvető Muon részecskéket egy pontosan szabályozott sugárba szedi

A fizikusok az alapvető Muon részecskéket egy pontosan szabályozott sugárba szedi

A kutatók először felgyorsították a muonokat - az elektronok nehezebb, instabil rokonait - egy szorosan ellenőrzött gerendában, és egy lépéssel közelebb hozták a Muon ütközés látását a valósághoz.

A Tokaiban található Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) egy csapata egy lézert irányított a Muons-patakhoz, hogy a gyorsan mozgó részecskéket egy közeli helyzetbe hozzák. A kutatók ezután elektromos mezőt alkalmaztak, hogy felgyorsítsák ezeket a „hűtött” muonokat a fénysebesség kb. 4% -ára. Azokat az eredményeket, amelyeket még nem kaptak meg, október 15-én tették közzé az ARXIV Preprint Server-en 1 -

Ez az eredmény egy „nagy előrelépés” a megközelítésben, amely ahhoz szükséges, hogy elérje az egyiket Muon ütköző Építeni. Egy ilyen ütköző felhasználható az új fizikai jelenségek feltárásához szükséges rendkívül érzékeny mérések elvégzésére. Kisebb és potenciálisan olcsóbb lenne az építkezés, mint más részecskék -ütközők, mondta Tova Holmes, a Knoxville -i Tennessee Egyetem részecskefizikusa.

A muonok rövid élettartamú elemi részecskék, amelyek majdnem megegyeznek az elektronokkal, de tömegük több mint 200-szoros. Az elmúlt évtizedben egyre növekvő mozgás történt egy olyan kompakt Muon-ütköző felé, amely riválissá válhat, vagy akár meghaladhatja az óriási proton és elektron-ütközők által elért energiákat, például a 27 kilométer hosszú nagy Hadron-ütköző a CERN-ben, az Európai részecskefizikai laboratóriumban, Geneva közelében. Egy 10 kilométer hosszú Muon-ütköző olyan részecskéket termelhet, amelyek annyi energiával rendelkeznek, mint egy 90 kilométer hosszú protongépből, mivel a muonok elemi részecskék, amelyek teljes energiája az egyes ütközésekbe kerül. Ezzel szemben a proton ütközések az alkotó kvarkok között fordulnak elő.

A muonok felgyorsítása azonban rendkívül nehéz, mivel csak körülbelül 2 mikrosekundumon léteznek, mielőtt elektronmá és kétféle típusúvá válnának Neutrinók szétesik. Különböző irányokba is mozognak különböző sebességgel, megnehezítve őket egy keskeny, nagy intenzitású sugárhajtású sugárzásba. Noha a kutatók korábban felgyorsították a muonokat, a gerendák "nagyon eltérőek"-mondja Shusei Kamioka, a Japánban, a Tsukuba nagy energiájú gyorsító kutató szervezetének részecskefizikusa. Ez a gerendákat túlságosan kiszámíthatatlanná teszi az érzékeny mérésekhez.

Ennek az akadálynak a leküzdése érdekében Kamioka és kollégái pozitívan töltött muonokat, a muonok antimatter-párját, az antimuonoknak nevezett sugarat lelőtték a szilícium-dioxid-airgelbe-egy szivacsszerű anyagba, amelyet gyakran termikus szigetelésként használnak. Amikor a pozitív muonok ütköztek a léggelben lévő elektronokkal, a „muonium” semleges atomok képződtek. A kutatók lézert lőttek ezekre az atomokra, hogy megszakítsák az elektronokat, és pozitív muonokká alakítsák őket, amelyek majdnem fagyasztottak. Ez a hűtési folyamat a részecskék sebességét és útmutatásait egységesebbé tette.

A kutatók ezután elektromos mezőt használtak fel, hogy felgyorsítsák ezeket a lassuló muonokat 100 kiloelektron volt energiára, elérve a fénysebesség kb. 4% -át.

Noha az eredmények ígéretesek, még hosszú utat kell megtenni, mielőtt a Muon ütközése valósággá válik - mondja Holmes. A megközelítést még szűkebb, nagyobb intenzitású gerendák előállításához kell méretezni, tette hozzá.

Kamioka elmondta, hogy kollégái és kollégái fejlesztik a Muons gyorsításához szükséges technológiát a fénysebesség 94% -ára és a remény elérésére 2028 -ig. „Ez a következő mérföldkőnk” - mondja.

A jövőbeli ütköző felépítése mellett a fizikusok nagy energiájú muon gerendákat is használhatnak olyan kísérletekben, amelyek túlmutatnak a részecskefizika szokásos modelljén, például a Muons titokzatos mágnesességének pontos mérésein-ami erősebb, mint az elméletileg előrejelzett-mondta Kamioka.

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

Töltse le a referenciákat