Füüsikud taltsutavad põhilised müüoniosakesed täpselt juhitavaks kiireks

Füüsikud taltsutavad põhilised müüoniosakesed täpselt juhitavaks kiireks

Teadlased on esimest korda kiirendanud müüone – elektronide raskemaid ja ebastabiilseid sugulasi – rangelt kontrollitud kiires, viies nägemuse müüonide kokkupõrkest reaalsusele sammu võrra lähemale.

Tokais asuva Jaapani prootonkiirendi uurimiskompleksi (J-PARC) meeskond sihtis laseriga müüonivoogu, et viia kiiresti liikuvad osakesed peaaegu seisma. Seejärel rakendasid teadlased elektrivälja, et kiirendada neid "jahutatud" müüoneid umbes 4% -ni valguse kiirusest. Tulemused, mida pole veel eelretsenseeritud, avaldati 15. oktoobril eeltrükiserveris arXiv 1.

See saavutus on "suur samm edasi" selle saavutamiseks vajalikus lähenemisviisis Muoni põrkur ehitada. Sellist põrkajat saaks kasutada uute füüsikaliste nähtuste avastamiseks vajalike ülitundlike mõõtmiste tegemiseks. See oleks väiksem ja potentsiaalselt odavam ehitada kui teisi osakeste põrkajaid, ütles Knoxville'i Tennessee ülikooli osakeste füüsik Tova Holmes.

Muonid on lühiealised elementaarosakesed, mis on peaaegu identsed elektronidega, kuid mille mass on üle 200 korra suurem. Viimase kümnendi jooksul on hakatud liikuma kompaktse müüonpõrgeti poole, mis võiks konkureerida või isegi ületada energiatega, mida saavutavad hiiglaslikud prootonite ja elektronide põrkajad, nagu Genfi lähedal asuvas Euroopa osakeste füüsika laboris CERNis asuv 27 kilomeetri pikkune suur hadronipõrge. 10 kilomeetri pikkune müüonpõrgetaja võiks toota osakesi, mille energia on sama palju kui 90 kilomeetri pikkuse prootonmasina omad, sest müüonid on elementaarosakesed, mille kogu energia läheb igasse kokkupõrgesse. Seevastu prootonite kokkupõrked toimuvad koostisosade kvarkide vahel.

Muuonide kiirendamine on aga äärmiselt keeruline, kuna nad eksisteerivad vaid umbes 2 mikrosekundit enne elektronideks muutumist ja kahte tüüpi Neutriinod lagunema. Samuti liiguvad nad erineva kiirusega eri suundades, mistõttu on neid raske kitsaks ja suure intensiivsusega joaks taltsutada. Kuigi teadlased on varemgi müüone kiirendanud, on kiired "väga erinevad," ütleb uuringu kaasautor Shusei Kamioka, Jaapanis Tsukubas asuva High Energy Accelerator Research Organisatsiooni osakeste füüsik. See muudab talad tundlike mõõtmiste jaoks kasutamiseks liiga ettearvamatuks.

Selle takistuse ületamiseks tulistasid Kamioka ja tema kolleegid positiivse laenguga müüonide kiire, mis on muuonite antimüünid, mida nimetatakse antimuoonideks, ränidioksiidi aerogeeliks - käsnataoliseks materjaliks, mida sageli kasutatakse soojusisolatsioonina. Kui positiivsed müüonid põrkasid aerogeelis elektronidega kokku, moodustusid "muooniumi" neutraalsed aatomid. Teadlased tulistasid nende aatomite suunas laseriga, et eraldada nende elektronid, muutes need tagasi positiivseteks müüoniteks, mis olid peaaegu külmunud. See jahutusprotsess muutis osakeste kiirused ja suunad ühtlasemaks.

Seejärel kasutasid teadlased elektrivälja, et kiirendada need aeglustavad müüonid 100 kiloelektronvoldise energiani, saavutades kiiruse umbes 4% valguse kiirusest.

Kuigi tulemused on paljulubavad, on veel pikk tee minna, enne kui müonide kokkupõrge reaalsuseks saab, ütleb Holmes. Ta lisab, et lähenemist tuleks suurendada, et toota veelgi kitsamaid ja suurema intensiivsusega talasid.

Kamioka ütles, et tema ja ta kolleegid arendavad tehnoloogiat, mis on vajalik müonite kiirendamiseks 94%-ni valguse kiirusest, ja loodab selle saavutada 2028. aastaks. "See on meie järgmine verstapost," ütleb ta.

Lisaks tulevase põrkuri ehitamisele võiksid füüsikud kasutada suure energiaga müoonikiire katsetes, mis lähevad kaugemale osakeste füüsika standardmudelist, näiteks müüonide salapärase magnetismi täpsed mõõtmised, mis on teoreetiliselt ennustatust tugevamad, ütles Kamioka.

1. Aritome, S. et al. Eeltrükk kl https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.11367 (2024).

Laadige alla viited