Verdens mest kraftfulde partikelaccelerator et stort skridt tættere på

Forskere har demonstreret en vigtig teknologi til at muliggøre næste generations partikelacceleratorer med høj energi.

Partikelacceleratorer bruges til at undersøge sammensætning af stof i kolliderer som Large Hadron Collider, og til måling af lægemidlers kemiske struktur, behandling af kræft og fremstilling af siliciummikrochips.

Indtil nu, partiklerne accelereret har været protoner, elektroner og ioner, i koncentrerede bjælker. Imidlertid, et internationalt team kaldet Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) samarbejde, som omfatter forskere fra Imperial College London, forsøger at oprette en muonstråle.

Muoner er partikler som elektroner, men med meget større masse. Det betyder, at de kunne bruges til at skabe bjælker med ti gange mere energi end Large Hadron Collider.

Muons kan også bruges til at studere atomernes struktur af materialer, som en katalysator for atomfusion og for at gennemskue virkelig tætte materialer, som røntgenstråler ikke kan trænge igennem.

Succes med et afgørende skridt

MICE har i dag annonceret succesen med et afgørende skridt i at skabe en muonstråle - korrelering af muonerne til et lille nok volumen til, at kollisioner er mere sandsynlige. Resultaterne offentliggøres i dag i Natur .

Forsøget blev udført ved hjælp af MICE muon beam-line på Science and Technology Facilities Council (STFC) ISIS Neutron og Muon Beam facilitet på Harwell Campus i Storbritannien.

Professor Ken Long, fra Institut for Fysik på Imperial, er talsmanden for forsøget. Han sagde:"Begejstringen, dedikation, og hårdt arbejde med det internationale samarbejde og den fremragende støtte fra laboratoriepersonale ved STFC og fra institutter over hele verden har gjort dette spilskiftende gennembrud muligt. "

Muoner produceres ved at smadre en stråle protoner ind i et mål. Muonerne kan derefter adskilles fra affaldet, der er skabt ved målet, og ledes gennem en række magnetiske linser. De indsamlede muoner danner en diffus sky, så når det kommer til at kollidere dem, chancerne for at de rammer hinanden og producerer interessante fysiske fænomener er virkelig lave.

For at gøre skyen mindre diffus, en proces kaldet strålekøling bruges. Dette indebærer at få muonerne tættere på hinanden og bevæge sig i samme retning. Imidlertid, indtil videre kunne magnetiske linser kun få muonerne tættere på hinanden, eller få dem til at bevæge sig i samme retning, men ikke begge på samme tid.

Afkølende muoner

MICE Collaboration testede en helt ny metode til at tackle denne unikke udfordring, køling af muonerne ved at sætte dem gennem specialdesignede energiabsorberende materialer. Dette blev gjort, mens strålen var meget tæt fokuseret af kraftfulde superledende magnetiske linser.

Efter afkøling af strålen til en tættere sky, muonerne kan accelereres af en normal partikelaccelerator i en præcis retning, hvilket gør det meget mere sandsynligt for muonerne at kollidere. Alternativt kan de kolde muoner kan sænkes, så deres henfaldsprodukter kan undersøges.

Dr. Chris Rogers, baseret på STFCs ISIS -facilitet og samarbejdets fysikkoordinator, forklarede:"MICE har demonstreret en helt ny måde at presse en partikelstråle i et mindre volumen. Denne teknik er nødvendig for at lave en vellykket muon -kollider, som kunne overgå selv den store Hadron Collider. "

"Demonstration af afkøling ved Muon Ionization Cooling Experiment" er offentliggjort i Natur .