Мюонные коллайдеры стали на шаг ближе к реальности – физики научились охлаждать пучки элементарных частиц мюонов - Гранит науки - 2020-02-13

Эксперименты в физике элементарных частиц, предполагающие столкновение встречных пучков протонов или пучков электронов и позитронов, а также протонов и антипротонов, должны сопровождаться получением сверхвысоких энергий. При этом возможно открытие новых частиц и вообще расширение горизонтов современной физики. Однако энергетические возможности существующих коллайдеров – установок, в которых сталкиваются потоки частиц - ограничены потерями на синхротронное излучение. Проблему может решить столкновение пучков мюонов, частиц, которые тяжелее электронов в двести с лишним раз, но обладают их свойствами. Однако и здесь есть препятствие: мюоны неустойчивые, короткоживущие частицы, они распадаются на другие частицы за две миллионные доли секунды. Одним из путей увеличения времени жизни мюонов теоретикам представляется очень быстрое их охлаждение. Новый международный эксперимент, который называется Экспериментом по ионизационному охлаждению мюонов, сокращенно от англоязычного названия - MICE (Muon Ionization Cooling Experiment,), открывает перспективу строительства мюонного ускорителя, в котором будут достигаться ранее невиданные уровни энергии. Об этом коллаборация MICE сообщает в журнале Nature. Для создания самих мюонных пучков экспериментаторы направили на мишень пучок протонов, в результате получились другие частицы, при распаде образовавшие в том числе и мюоны. Энергия и направление движения у этих мюонов были разными, для использования в коллайдере их нужно было охладить, или упорядочить, подобно тому как охлаждение газа уменьшает беспорядочное движение его атомов. Без охлаждения мюоны в двух пересекающихся пучках просто не столкнутся, они там слишком рассеянны. Для охлаждения мюонов Крис Роджерс (Chris Rogers) из Лаборатории Резерфорда-Эплтона (Rutherford Appleton Laboratory) в Англии с коллегами сначала пропустили их через вещество, из атомов которого мюоны выбивали электроны. Это уменьшало количество момента движения мюонов по всем направлениям. Затем, применяя электромагнитные поля, ученые ускоряли все мюоны в одном направлении. Многократно повторив этот процесс, они получили достаточно плотный и упорядоченный пучок. Этот метод «может радикально изменить подход к строительству больших ускорителей», цитирует специалиста в области ускорителей и коллайдеров, не участвующего в эксперименте MICE Владимира Шильцева (Vladimir Shiltsev) из Лаборатории Ферми (Fermilab) в Иллинойсе, Nature News. Новости мировой науки вы найдете также на странице нашей программы в газете научного сообщества «Поиск».