Пучок мюонов «охладили» — важный этап в создании сверхмощного коллайдера
Успешно завершен важный этап в создании мюонного коллайдера — эксперимент по «охлаждению» пучка мюонов, 5 февраля сообщила пресс-служба международного проекта Muon Ionization Cooling Experiment (Эксперимент по мюонному ионному охлаждению) (MICE).
С помощью пучков заряженных частиц, разогнанных до сверхбольших скоростей, физики получают фундаментальные знания о строении вещества. Впервые ускорять элементарные частицы с помощью электромагнитных полей стали в 1930-е годы.
Ранее физики традиционно разгоняли такие элементарные частицы, как протоны, электроны и ионы. В последнее время ученые работают над возможностью использовать мюоны — частицы, которые условно можно назвать «очень тяжелыми» электронами (они тоже заряжены отрицательно, только масса мюона в 207 раз больше массы электрона). Большая масса мюона позволит получить «ударную силу» пучка намного большую, чем это достигнуто на Большом адронном коллайдере, разгоняющем протоны и тяжелые ионы.
Участники международного проекта Muon Ionization Cooling Experiment (Эксперимент по мюонному ионному охлаждению) (MICE) поставили перед собой уникальную цель — создание плотного луча мюонов для высокоэнергетических столкновений. Это один из этапов в создании мюонного ускорителя.
«Охлаждение» необходимо для повышения плотности облака мюонов. Дело в том, что в самом начале эксперимента эти самые мюоны получают, бомбардируя мишень протонами. Созданные мюоны вначале образуют рыхлое облако, в котором столкновения маловероятны. Столкновения же нужны как раз для изучения фундаментальных свойств вещества, в частности, для поиска бозона Хиггса.
Для увеличения вероятности столкновений диффузное облако мюонов охлаждают, то есть заставляют двигаться в направлении луча, применяя различные способы. Главная техническая проблема в том, что захват мюона для данной операции должен осуществляться в масштабе времени, совместимом с периодом его жизни, а он равен всего 2,2 микросекунды в состоянии покоя.
В опубликованном MICE докладе сообщается об успешном завершении эксперимента по охлаждению пучка мюонов. В новом методе используется ионизационное охлаждение мюонов, при котором пучок частиц проходит через специальный материал (поглотитель). При этом ионизационный эффект охлаждения накапливается за время, значительно меньшее, чем время жизни мюона, что очень важно.
Результаты эксперимента показали, что при использовании охлаждающего ионизирующего элемента число «событий» (столкновений) значительно возрастает по сравнению с контрольной конфигурацией без поглотителя. Подчеркивается, что результаты эксперимента однозначны и убедительны. Также авторы пишут, что подобный способ охлаждения мюонов ранее не был никем использован.
Эксперимент MICE проводится в лаборатории Резерфорда-Апплтона (RAL), расположенной на территории научно-инновационного кампуса Harwell Science and В недалеко от Оксфорда (Великобритания).
