Fysiker temmet grunnleggende Myon -partikler til en nøyaktig kontrollert bjelke

Fysiker temmet grunnleggende Myon -partikler til en nøyaktig kontrollert bjelke

Et team på Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) i Tokai fokuserte en laser på en strøm av myoner for å bringe de raskt bevegelige partiklene til stillhet. Forskerne anvendte deretter et elektrisk felt for å akselerere disse "avkjølte" myonene til omtrent 4 % av lysets hastighet. Resultatene som ennå ikke er undersøkt av eksperter, ble publisert 15. oktober på Preprint Server Arxiv 1 .

Denne forestillingen er et "stort skritt fremover" i tilnærmingen som er nødvendig for myonkollider . En slik kollider kan brukes til å utføre de ekstremt følsomme målingene som er nødvendige for å avdekke nye fysiske fenomener. Det ville være mindre og potensielt billigere å bygge enn andre partikkelkollider, sier Tova Holmes, partikkelfysiker ved University of Tennessee i Knoxville.

Myons kortvarige elementære partikler som er nesten identiske med elektroner, men har mer enn 200 ganger massene. I løpet av de siste ti årene har bevegelsen i retning av en kompakt Myon Collider styrket seg som kan følge med på energiene eller til og med overgå dem, som oppnås av enorme proton- og elektronkolleger, for eksempel 27 kilometer Hadron Hadron Collider ved CERN, det europeiske laboratoriet for Partchen Physics i Geneva. En 10 km lang Myon -kollider kan produsere partikler som har like mye energi som de fra en protontamaskin på 90 kilometer, siden Myonen er elementære partikler, hvis hele energien går inn i enhver kollisjon. I kontrast, protonkollisjoner mellom komponentene.

er imidlertid akselerasjonen av Myons ekstremt vanskelig fordi de bare eksisterer omtrent 2 mikrosekunder før de er i et elektron og to typer Neutrinos . De beveger seg også i forskjellige retninger i forskjellige hastigheter, noe som gjør det vanskelig å temme dem til en smal, svært intensiv jet. Selv om forskere har akselerert Myons før, er strålene "veldig divergerende", sier medforfatteren av studien, Shusei Kamioka, partikkelfysiker ved High Energy Accelerator Research Organization i Tsukuba, Japan. Som et resultat er strålene for uforutsigbare til å brukes til sensitive målinger.

For å overvinne dette hinderet, skjøt Kamioka og kollegene en bjelke med positivt ladede Myons, antimaterie-motstykket til Myons, kalt soppdrepende, i silika-aerogel-A svampete materiale som ofte brukes som termisk isolasjon. Da de positive muonene kolliderte med elektroner i luftgel, dannet nøytrale atomer i "muonium". Forskerne fyrte en laser på disse atomene for å skille elektronene sine, og gjorde dem tilbake til positive myoner som nesten var frosne. Denne kjøleprosessen sørget for at hastighetene og instruksjonene til partiklene ble jevnere.

Så brukte forskerne et elektrisk felt for å akselerere disse bremsede myonene til en energi på 100 kilo -elektronspenning, som oppnådde en hastighet på omtrent 4 % av lysets hastighet.

Selv om resultatene er lovende, er det fortsatt langt for Myon -kolliderer å bli en realitet, sier Holmes. Tilnærmingen må skaleres for å generere enda nærmere, mer intensive stråler.

Kamioka forklarte at han og kollegene utvikler teknologien som er nødvendig for å akselerere Myons til 94 % av lysets hastighet, og håper å oppnå dette innen 2028. "Dette er vår neste milepæl," sier han.

I tillegg til konstruksjonen av en fremtidig kollider, kunne fysikere bruke myonstråler med høy energi i eksperimenter som går utover standardmodellen for partikkelfysikk, for eksempel presise målinger av den mystiske magnetismen til myonene - som er sterkere enn teoretisk forutsagt, ifølge Kamioka.

1. aritome, S. et al. Forhåndtrykk under Last ned referanser