Fizikai sutramdo pagrindines miuono daleles į tiksliai valdomą spindulį

Fizikai sutramdo pagrindines miuono daleles į tiksliai valdomą spindulį

Tyrėjai pirmą kartą paspartino miuonus – sunkesnius, nestabilius elektronų giminaičius – griežtai kontroliuojamu pluoštu, todėl miuonų susidūrimo vizija vienu žingsniu priartėjo prie realybės.

Japonijos protonų greitintuvo tyrimų komplekso (J-PARC) komanda Tokuose lazeriu nukreipė į miuonų srautą, kad greitai judančios dalelės beveik sustotų. Tada mokslininkai pritaikė elektrinį lauką, kad pagreitintų šiuos „atvėsintus“ miuonus iki maždaug 4% šviesos greičio. Rezultatai, kurie dar nebuvo recenzuoti, buvo paskelbti spalio 15 d. išankstinio spausdinimo serveryje arXiv 1.

Šis pasiekimas yra „didelis žingsnis į priekį“ siekiant tokio požiūrio Muonų greitintuvas statyti. Toks greitintuvas galėtų būti naudojamas itin jautriems matavimams, reikalingiems naujiems fiziniams reiškiniams atskleisti. Jis būtų mažesnis ir galbūt pigesnis nei kiti dalelių greitintuvai, sakė Tenesio universiteto Noksvilio dalelių fizikė Tova Holmes.

Muonai yra trumpalaikės elementarios dalelės, beveik identiškos elektronams, tačiau jų masė yra daugiau nei 200 kartų. Per pastarąjį dešimtmetį vis daugiau judėjimo link kompaktiško muono golidriderio, kuris galėtų konkuruoti ar net viršyti milžiniškų protonų ir elektronų kolekcionierių, tokių kaip 27 kilometrų ilgio didžiojo Hadrono kolektoriaus, Europos dalelių fizikos laboratorijos netoli Ženevos, energiją. 10 kilometrų ilgio muono susidarymas gali gaminti daleles, turinčias tiek energijos, kiek iš 90 kilometrų ilgio protonų aparato, nes muonai yra elementarios dalelės, kurių visa energija patenka į kiekvieną susidūrimą. Priešingai, protonų susidūrimai vyksta tarp sudedamųjų kvarkų.

Tačiau pagreitinti miuonus yra labai sunku, nes jie egzistuoja tik apie 2 mikrosekundes, kol virsta elektronu ir dviejų tipų Neutrinos suirti. Jie taip pat juda skirtingomis kryptimis skirtingu greičiu, todėl juos sunku prisijaukinti į siaurą, didelio intensyvumo čiurkšlę. Nors tyrėjai anksčiau spartino miuonus, spinduliai yra „labai skirtingi“, sako tyrimo bendraautorius Shusei Kamioka, dalelių fizikas iš High Energy Accelerator Research Organisation Tsukuba, Japonijoje. Dėl to spinduliai pernelyg nenuspėjami, kad būtų naudojami jautriems matavimams.

Norėdami įveikti šią kliūtį, Kamioka ir jo kolegos šaudė į teigiamai įkrautų muonų, antimaterizuojančių muonų, vadinamų antimuonais, sija, į silicio dioksido orą-kempinę panaši medžiaga, dažnai naudojama kaip šiluminė izoliacija. Kai teigiami muonai susidūrė su elektronais į oro žarną, buvo suformuoti neutralūs „muonio“ atomai. Tyrėjai paleido lazerį prie šių atomų, kad iškirptų savo elektronus, paversdami juos beveik užšaldytais teigiamais muonais. Dėl šio aušinimo proceso dalelių greitis ir kryptys tapo vienodesni.

Tada tyrėjai panaudojo elektrinį lauką, kad pagreitintų šiuos lėtėjusius muonus iki 100 kiloelektronų voltų energijos, pasiekdami maždaug 4% šviesos greičio greitį.

Nors rezultatai yra perspektyvūs, dar reikia nueiti ilgą kelią, kol Muono susidūrimas taps realybe, sako Holmsas. Šis požiūris turėtų būti padidintas, kad būtų dar labiau siauresni, didesnio intensyvumo spinduliai, priduria ji.

Kamioka sakė, kad jis ir jo kolegos kuria technologiją, reikalingą miuonams pagreitinti iki 94 % šviesos greičio, ir tikisi tai pasiekti iki 2028 m. „Tai mūsų kitas etapas“, – sako jis.

Be to, kad sukurtų būsimą greitintuvą, fizikai galėtų naudoti didelės energijos miuonų pluoštus eksperimentams, kurie peržengia standartinį dalelių fizikos modelį, pavyzdžiui, tiksliai išmatuoti paslaptingą miuonų magnetizmą, kuris yra stipresnis nei teoriškai prognozuota, sakė Kamioka.

1. Aritome, S. ir kt. Išankstinis spausdinimas adresu https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367 (2024).

Atsisiųskite nuorodas