Gennembrud mod mere kraftfulde partikelacceleratorer

Et internationalt forskerteam, tilknyttet UNIST har for første gang demonstreret ioniseringskøling af muoner. Betragtes som et stort skridt i at skabe mere kraftfulde partikelacceleratorer, denne nye muonaccelerator forventes at give en bedre forståelse af materiens grundlæggende bestanddele.

Dette gennembrud er blevet gennemført af Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) -samarbejdet, som inkluderer mange britiske forskere, samt professor Moses Chung og hans forskerhold på Naturvidenskabelige Institut ved UNIST. Deres resultater blev offentliggjort i onlineversionen af Natur den 5. februar, 2020.

"Det er lykkedes os at realisere muonioniseringskøling, en af ​​vores største udfordringer forbundet med at udvikle muonacceleratorer, "siger professor Chung." Denne præstation betragtes som særlig vigtig, da det kunne ændre paradigmet for at udvikle leptonkollideren, der kunne erstatte Neutrino Factory eller Large Hadron Collider (LHC). "

Muoner er naturligt forekommende partikler, der genereres i Jordens øvre atmosfære ved kosmiske strålekollisioner, og betragtes således som en efterfølgende partikelaccelerator til udskiftning af LHC. Protoner, en slags hadron, bruges primært af LHC, og de deltager i stærke interaktioner. Leptoner, ligesom elektronen og muonen, ikke er underlagt den stærke interaktion; hellere, de interagerer via den svage kraft.

Muons har en ekstremt kort levetid på to-milliontedele af et sekund. De produceres ved at smadre en stråle protoner ind i et mål. Disse muoner danner en diffus sky, hvilket betyder, at de er svære at accelerere, og der er en lav chance for at de støder sammen og producerer nyttige fysiske fænomener. For at gøre skyen mindre diffus, en proces kendt som strålekøling blev foreslået. Dette indebærer at få muonerne tættere på hinanden og bevæge sig i samme retning. Imidlertid, på grund af muons ultrakorte levetid, det har været umuligt at afkøle strålen ved hjælp af traditionelle metoder.

For at tackle denne udfordring, det lykkedes MICE -samarbejdsteamet at kanalisere muoner i et lille nok volumen via en metode kendt som ioniseringskøling, som tidligere blev foreslået og udviklet til teoretisk anvendelige ordninger i 1980'erne.

Resultaterne af forsøget, udført ved hjælp af MICE muon beamline på Science and Technology Facilities Council (STFC) ISIS Neutron og Muon Beam facilitet på Harwell Campus i U.K., viser klart, at fase-rum-volumen optaget af muonstrålen kan styres via ioniseringskøling, som forudsagt af teorien.