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.

Miuonai yra trumpaamžės elementarios dalelės, kurios yra beveik identiškos elektronams, tačiau jų masė yra daugiau nei 200 kartų didesnė. Per pastarąjį dešimtmetį vis didėja judėjimas link kompaktiško miuonų greitintuvo, kuris galėtų konkuruoti ar net viršyti energijos, kurią pasiekia milžiniški protonų ir elektronų greitintuvai, tokie kaip CERN, Europos dalelių fizikos laboratorijoje netoli Ženevos, 27 kilometrų ilgio Didysis hadronų greitintuvas. 10 kilometrų ilgio miuonų greitintuvas galėtų pagaminti daleles, turinčias tiek pat energijos, kiek ir iš 90 kilometrų ilgio protonų mašinos, nes miuonai yra elementarios dalelės, kurių visa energija patenka į kiekvieną susidūrimą. Priešingai, tarp sudedamųjų kvarkų įvyksta protonų susidūrimai.

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 mokslininkai 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.

Kad įveiktų šią kliūtį, Kamioka ir jo kolegos nušovė teigiamai įkrautų miuonų, miuonų antimedžiagos atitikmenų, vadinamų antimuonais, spindulį į silicio aerogelį – į kempinę panašią medžiagą, dažnai naudojamą kaip šilumos izoliaciją. Kai teigiami miuonai susidūrė su aerogelio elektronais, susidarė neutralūs „muonio“ atomai. Tyrėjai paleido lazeriu į šiuos atomus, kad atskirtų jų elektronus ir vėl paverstų teigiamais miuonais, kurie buvo beveik užšalę. Dėl šio aušinimo proceso dalelių greitis ir kryptys tapo vienodesnės.

Tada mokslininkai panaudojo elektrinį lauką, kad pagreitintų šiuos lėtėjančius miuonus iki 100 kiloelektronvoltų energijos, pasiekiant maždaug 4% šviesos greičio.

Nors rezultatai yra daug žadantys, dar reikia daug nuveikti, kol miuonų susidūrimas taps realybe, sako Holmesas. Ji priduria, kad metodas turėtų būti padidintas, kad būtų sukurti dar siauresni, didesnio intensyvumo spinduliai.

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