Nature Physics: Новый коллайдер стал ближе с технологией маршалинга мюонов

Эксперименты показали, что мюоны можно использовать для высокоэнергетических столкновений. Это открывает новые возможности в физике.

Ускорители частиц помогают изучать состав материи, измерять структуру лекарств и лечить рак, а также производить микрочипы.

Сейчас в ускорителях используют протоны, электроны и ионы. Ускорители на мюонах будут дешевле и меньше, но смогут работать с более высокими энергиями. Их можно будет устанавливать там же, где находятся существующие коллайдеры.

Учёные из Имперского колледжа Лондона в рамках коллаборации Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) успешно провели анализ эксперимента с мюонным пучком. Это позволит расширить масштабы мюонного коллайдера раньше, чем других типов ускорителей.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.

Доктор Пол Богдан Юрж с факультета физики Имперского колледжа прокомментировал результаты:

Это важное событие на пути к созданию мюонного коллайдера. Его можно было бы разместить на существующих площадках, таких как лаборатория Ферми в США.

Мощные ускорители частиц

Ускорители частиц, такие как Большой адронный коллайдер (БАК), сталкивают частицы — протоны — при высоких энергиях. В результате образуются новые субатомные частицы, которые физики хотят изучить.

Чтобы достичь более высоких энергий столкновений и получить доступ к новым открытиям, нужно построить гораздо больший протонный коллайдер. Окружность БАК составляет 27 км, а нового коллайдера будет почти 100 км. Но строительство такого коллайдера требует значительных затрат и времени. Поэтому некоторые физики ищут альтернативные решения. Например, перспективными считаются коллайдеры, в которых будут сталкиваться мюоны.

Мюонные коллайдеры будут компактными и дешёвыми, как 100-километровый протонный коллайдер, но займут меньше места. Но чтобы мюоны сталкивались достаточно часто, нужно разработать технологию.

Сбор мюонов

Нужно, чтобы мюоны собирались в небольшом пространстве и при ускорении формировали плотный пучок. Это для того, чтобы они сталкивались с другим пучком мюонов, который ускоряется в противоположном направлении вокруг кольца.

Коллаборация MICE уже создавала такой пучок, используя магнитные линзы и материалы для «охлаждения» мюонов. Анализ показал, что это успешно направляло мюоны к центру пучка.

Новый анализ позволил уточнить форму пучка и занимаемое им пространство. Благодаря этому команда смогла показать, что пучок стал более упорядоченным и компактным после охлаждения.

Эксперимент проводился на мюонном пучке MICE в Резерфордской лаборатории Эпплтон в Великобритании (на фото). Сейчас команда работает над следующим этапом демонстраций совместно с Международной коллаборацией мюонных коллайдеров.

Представитель коллаборации MICE профессор Кен Лонг с факультета физики Имперского университета сказал:

Явный положительный результат, продемонстрированный нашим новым анализом, дает нам уверенность в том, что мы сможем приступить к созданию более крупных прототипов ускорителей, которые позволят применить эту методику на практике.

Д-р Крис Роджерс, работающий в центре ISIS STFC в Оксфордшире, возглавлял группу по анализу MICE, а сейчас руководит разработкой системы охлаждения мюонов для Мюонного коллайдера в ЦЕРНе. Он заключает:

Это важный результат, который самым наглядным образом демонстрирует эффективность охлаждения MICE. Теперь нам необходимо перейти к следующему этапу — демонстратору мюонного охлаждения, чтобы как можно скорее создать мюонный коллайдер.

17.07.2024