Fizicienii îmblânzesc particulele fundamentale de muon într -un fascicul controlat precis

Fizicienii îmblânzesc particulele fundamentale de muon într -un fascicul controlat precis

Pentru prima dată, cercetătorii au accelerat Muons - rudele mai grele și instabile ale electronilor - într -un fascicul strâns controlat, aducând viziunea unei coliziuni Muon cu un pas mai aproape de realitate.

O echipă de la Complexul de Cercetare a Acceleratorului de Proton din Japonia (J-PARC) din Tokai a vizat un laser la un flux de Muons pentru a aduce particulele cu mișcare rapidă într-o oprire aproape. Cercetătorii au aplicat apoi un câmp electric pentru a accelera aceste muoni „răciți” la aproximativ 4% din viteza luminii. Rezultatele, care încă nu au fost revizuite de la egal la egal, au fost publicate pe 15 octombrie pe serverul de preprint arxiv 1.

Această realizare este un „mare pas înainte” în abordarea necesară pentru realizarea unuia Muon Collider a construi. Un astfel de colizor ar putea fi utilizat pentru a face măsurătorile extrem de sensibile necesare pentru a descoperi noi fenomene fizice. Ar fi mai mic și potențial mai ieftin de construit decât alți colizionari de particule, a spus Tova Holmes, fizician de particule la Universitatea din Tennessee din Knoxville.

Muonii sunt particule elementare de scurtă durată care sunt aproape identice cu electronii, dar au de peste 200 de ori masa lor. În ultimul deceniu, s-a înregistrat o mișcare din ce în ce mai mare către un colizor de Muon compact, care ar putea rivaliza sau chiar să depășească energiile obținute de colizorii de protoni giganți și de electroni, cum ar fi colizorul de hadron mare de 27 de kilometri de 27 de kilometri de la Cern, laboratorul european de fizică a particulelor, lângă Geneva. Un colizor Muon lung de 10 kilometri ar putea produce particule cu atâta energie ca cele dintr-o mașină de protoni lung de 90 de kilometri, deoarece muonii sunt particule elementare a căror energie întreagă intră în fiecare coliziune. În schimb, se produc coliziuni de protoni între quark -urile constitutive.

Cu toate acestea, accelerarea muons este extrem de dificilă, deoarece există doar pentru aproximativ 2 microsecunde înainte de a se transforma într -un electron și două tipuri de Neutrini dezintegra. De asemenea, se mișcă în direcții diferite la viteze diferite, ceea ce le face dificil de îmblânzit într-un jet îngust, de mare intensitate. Deși cercetătorii au accelerat Muons înainte, grinzile sunt „foarte divergente”, spune coautorul studiului Shusei Kamioka, un fizician de particule la organizația de cercetare a acceleratorului ridicat de energie din Tsukuba, Japonia. Acest lucru face ca grinzile să fie prea imprevizibile pentru a fi utilizate pentru măsurători sensibile.

Pentru a depăși acest obstacol, Kamioka și colegii săi au împușcat un fascicul de Muons încărcat pozitiv, omologul antimaterie al lui Muons, numit antimuoni, în silice aerian-un material asemănător cu burete adesea folosit ca izolație termică. Când muonii pozitivi s -au ciocnit cu electroni în aer, s -au format atomi neutri de „muoniu”. Cercetătorii au tras un laser la acești atomi pentru a -și separa electronii, transformându -i înapoi în muoni pozitivi care erau aproape înghețați. Acest proces de răcire a făcut ca viteza și direcțiile particulelor să devină mai uniforme.

Cercetătorii au folosit apoi un câmp electric pentru a accelera aceste muons încetinitoare la o energie de 100 de volți de 100 de kiloelectroni, atingând o viteză de aproximativ 4% din viteza luminii.

Deși rezultatele sunt promițătoare, mai este un drum lung înainte ca Muon Collision să devină realitate, spune Holmes. Abordarea ar trebui să fie extinsă pentru a produce fascicule și mai restrânse, mai mari de intensitate, adaugă ea.

Kamioka a spus că el și colegii săi dezvoltă tehnologia necesară pentru a accelera Muons la 94% din viteza luminii și speranța de a realiza acest lucru până în 2028. „Aceasta este următoarea noastră etapă”, spune el.

În plus față de construirea unui viitor colizor, fizicienii ar putea folosi fascicule Muon cu energie mare în experimente care depășesc modelul standard al fizicii particulelor, cum ar fi măsurători precise ale magnetismului misterios al lui Muons-care este mai puternic decât prezis teoretic, a spus Kamioka.

1. Aritome, S. și colab. Preprint la https://doi.org/10.48550/arxiv.2410.11367 (2024).

Descărcați referințe