Muon g-2-eksperimentet er begyndt sin søgen efter fantompartikler med sin verdensberømte og godt rejste elektromagnet

Hvad får du, når du genopliver en smuk 20-årig fysikmaskine, transporter den forsigtigt 3, 200 miles over land og hav til sit nye hjem, og derefter bruge den til at undersøge mærkelige hændelser i et magnetfelt? Forhåbentlig får du ny indsigt i de elementære partikler, der udgør alt.

Muon g-2-eksperimentet, placeret ved US Department of Energy's (DOE) Fermi National Accelerator Laboratory, er begyndt sin søgen efter den indsigt. Den 31. maj, den 50 fod brede superledende elektromagnet i midten af ​​forsøget så sin første stråle af muonpartikler fra Fermilabs acceleratorer, starter en treårig indsats for at måle, hvad der sker med disse partikler, når de placeres i et fantastisk præcist magnetfelt. Svaret kunne omskrive forskernes billede af universet og hvordan det fungerer.

"Muon g-2-eksperimentets første stråle signalerer virkelig starten på et vigtigt nyt forskningsprogram på Fermilab, en, der bruger muonpartikler til at lede efter sjældne og fascinerende anomalier i naturen, "sagde Fermilab -direktør Nigel Lockyer." Efter mange års forberedelse Jeg er spændt på at se dette eksperiment begynde sin søgning for alvor. "

At komme til dette punkt var en lang vej for Muon g-2, både billedligt og bogstaveligt. Den første generation af dette eksperiment fandt sted på det amerikanske DOE's Brookhaven National Laboratory i staten New York i slutningen af ​​1990'erne og begyndelsen af ​​2000'erne. Formålet med forsøget var at præcist måle en egenskab ved muonen - partiklernes prækession, eller vakle, i et magnetfelt. De endelige resultater var overraskende, antyder tilstedeværelsen af ​​tidligere ukendte fantompartikler eller kræfter, der påvirker muonens egenskaber.

Det nye eksperiment på Fermilab vil gøre brug af laboratoriets intense stråle af muoner til endegyldigt at besvare de spørgsmål, Brookhaven -eksperimentet rejste. Og da det ville have kostet 10 gange mere at bygge en helt ny maskine på Brookhaven frem for at flytte magneten til Fermilab, Muon g-2-teamet transporterede det store, skrøbelig superledende magnet i ét stykke fra Long Island til forstæderne i Chicago i sommeren 2013.

Magneten tog en pram sydpå omkring Florida, op ad Tennessee-Tombigbee-vandvejen og Illinois-floden, og blev derefter kørt på en specialdesignet lastbil over tre nætter til Fermilab. Og takket være et GPS-drevet kort online, den samlede tusinder af fans under sin rejse, hvilket gør det til en af ​​de mest kendte elektromagneter i verden.

"At få magneten her var kun halvdelen af ​​kampen, "sagde Chris Polly, projektleder for Muon g-2-eksperimentet. "Siden den ankom, teamet her på Fermilab har arbejdet døgnet rundt med at installere detektorer, bygge et kontrolrum og, for det sidste år, justering af magnetfeltets ensartethed, som skal kendes præcist til et hidtil uset niveau for at opnå enhver ny fysik. Det har været meget arbejde, men vi er klar nu til virkelig at komme i gang. "

Dette arbejde har omfattet oprettelsen af ​​en ny strålelinje til at levere en ren stråle af muoner til ringen, installation af en lang række instrumenter til måling af både magnetfeltet og muonerne, når de cirkulerer inden i det, og en år lang proces med at "shimme" magneten, ved at indsætte små stykker metal i hånden for at forme magnetfeltet. Feltet skabt af magneten er nu tre gange mere ensartet end det, det skabte ved Brookhaven.

I løbet af de næste uger vil Muon g-2-teamet teste det udstyr, der er installeret omkring magneten, som skal opbevare og måle muoner for første gang i 16 år. Senere på året, de vil begynde at tage data af videnskabskvalitet, og hvis deres resultater bekræfter den anomali, der først blev set ved Brookhaven, det vil betyde, at det elegante billede af universet, som forskere har arbejdet med i årtier, er ufuldstændigt, og at der kan være nye partikler eller kræfter derude, venter på at blive opdaget.

"Det er en spændende tid for hele holdet, og for fysik, "sagde David Hertzog fra University of Washington, medordfører for Muon g-2-samarbejdet. "Magneten har virket, og fungerer fantastisk godt. Det vil ikke vare længe, ​​før vi har vores første resultater og et bedre overblik gennem vinduet, som Brookhaven -eksperimentet åbnede for os. "