Физики создали прорывную замену Большому адронному коллайдеру

Международная группа исследователей, связанная с UNIST, впервые продемонстрировала ионизационное охлаждение мюонов. Ожидается, что этот новый мюонный ускоритель станет важным шагом на пути к созданию самого мощного в мире ускорителя частиц, который обеспечит лучшее понимание фундаментальных составляющих материи.

Этот прорыв был осуществлен в сотрудничестве с Mion Ionization Cooling Experiment (MICE), в которую вошли многие британские ученые, а также профессор Мозес Чунг и его исследовательская группа в Школе естественных наук при UNIST. Их результаты были опубликованы в онлайн-версии Nature 5 февраля 2020 года. “Нам удалось реализовать мюонное ионизационное охлаждение, одну из наших самых больших проблем, связанных с разработкой мюонных ускорителей”, – говорит профессор Чунг. “Достижение этого считается особенно важным, поскольку это может изменить парадигму разработки лептонного коллайдера, который мог бы заменить Фабрику нейтрино или Большой адронный коллайдер (LHC)”.

Мюоны – это природные частицы, которые генерируются в верхних слоях атмосферы Земли в результате столкновений космических лучей, поэтому они рассматриваются как дополнительный ускоритель частиц, заменяющий LHC. Протоны, тип хардона, в основном используются LHC, и они участвуют в сильных взаимодействиях. Лептоны, подобно электрону и мюону, не подвержены сильному взаимодействию, а взаимодействуют через слабую силу. Мюоны имеют чрезвычайно короткую продолжительность жизни, составляющую две миллионные доли секунды. Их получают, разбивая пучок протонов.

Эти мюоны образуют рассеянное облако, что означает, что их трудно разогнать, и существует небольшая вероятность их столкновения и создания полезных интересных физических явлений. Чтобы сделать облако менее диффузным, был предложен процесс, известный как “охлаждение пучка”. Это предполагает сближение мюонов и их движение в одном направлении. Однако из-за очень короткой продолжительности жизни мюонов было невозможно охладить луч традиционными методами. Чтобы решить эту проблему, команде MICE удалось направить мюоны в достаточно малый объем, чтобы иметь возможность изучать физику в новых системах с помощью метода, известного как ионизационное охлаждение, который ранее предлагался и развивался в теоретически работоспособные схемы в 1980-х годах.

Результаты эксперимента, проведенного с использованием линии мюонного пучка MICE на Совете по научно-техническому оборудованию (STFC) ISIS Neutron and Muon Beam на кампусе Harwell в Великобритании, ясно показывают, что объем фазового пространства, занятый мюонным пучком можно контролировать с помощью ионизационного охлаждения, как и предсказывает теория.

Источник