科学家们第一次实现了Muir离子化冷却

2020-07-09 09:20:53 新闻来源:网络
  对致力于下一代粒子对撞机的科学家来说是个好消息!据美国费米实验室网站5日报道,科学家首次观测到μ介子的电离冷却,这是成功建造μ介子对撞机的关键一步。即使与升级后的大型强子对撞机(LHC)相比,μ介子对撞机在未来也有望带来10倍左右的新发现。这项研究发表在第5期《自然》杂志上。
  自20世纪30年代以来,科学家们利用加速器产生质子、电子和离子束。这些粒子束的能量一直在增加,几乎应用于所有科学领域。
  然而,国际μ介子电离冷却实验(mice)合作小组希望创造出新的μ介子加速器,它继承了LHC的“雄心”,并生产出能量高出10倍的新粒子。为了实现这一目标,有一个问题:μ介子束能否被充分压缩,以达到研究新物理所需的标准。小鼠合作组的最新实验清楚地表明,电离冷却方法是可行的,μ介子也可以被注入非常小的体积。
  木子的质量是电子质量的200倍,寿命相对较短。用强流质子发射高密度目标可以产生大量μ介子。然而,这些μ介子主要是由质子靶向产生的次级粒子衰变产生的,像一团漫射云团一样向四面八方移动。科学家们首先从这一过程中分离出其他碎片颗粒,然后使用一系列磁性透镜引导木子星团。当两束这样的漫反射光束交叉时,碰撞的概率很小。
  为了减少木子团簇的色散,科学家们采用了束流冷却工艺。μ介子的静态寿命约为2.2微秒。以前的束流冷却方法需要几个小时才能达到效果。然而,mice合作小组找到了另实现冷却目标的方法:他们让木子通过由氢化锂或液氢等材料专门设计的能量吸收器来达到冷却效果,整个过程都集中在带有强大超导磁透镜的μ子束上。
  根据研究人员的说法,电离冷却产生的μ介子束可以用在很多方面。例如,μ介子被加速到高能状态,然后注入粒子储存环,与反向运动的反μ介子束相撞;此外,科学家还可以降低冷μ介子的速度,研究其衰变产物;他们还可以将一束μ介子储存在环形跑道上,使其衰变产生独特而强大的中微子束,为未来中微子实验提供了新的发展机遇。
  Muzi还可以用来研究材料的原子结构,作为核聚变的催化剂,以及X射线不能穿透的致密材料。mice团队希望他们的新冷却技术也能在这些领域“炫耀”。
  这项老鼠实验由帝国理工学院的肯尼·朗教授领导,来自世界各地许多实验室的科学家,如费米国家实验室,都参与了老鼠实验。
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