Прорыв в создании самого мощного в мире ускорителя частиц

Международная группа исследователей впервые продемонстрировала ионизационное охлаждение мюонов. Мюон — это неустойчивая элементарная частица. 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 котором участвуют многие британские ученые, а также профессор Мозес Чунг и его исследовательская группа в Школе естественных наук UNIST. Их результаты были опубликованы в 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 нейтринную фабрику или большой адронный коллайдер (БАК)».

Мюоны генерируются в верхних слоях атмосферы Земли в результате столкновений космических лучей, поэтому они рассматриваются как дополнительный ускоритель частиц, заменяющий большой адронный коллайдер. 

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(рассеянным), был предложен процесс, известный как «охлаждение пучка». Это предполагает сближение мюонов и 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 теоретических работоспособных схемах 1980-х годов.

Исследование: https://www.nature.com/articles/s41586-020-1958-9