Будущее ускорителей. Ионное охлаждение для мюонных коллайдеров
Международный коллектив физиков, работающих на ускорительном комплексе MICE, впервые получил доказательства того, что системы ионного охлаждения могут эффективно уменьшать размеры пучков мюонов. Это открытие может привести к созданию высокомощных мюонных коллайдеров, сообщил Имперский колледж Лондона (ICL).
Мюоны — элементарные частицы, сходные с электронами, но примерно в 200 раз массивнее. Благодаря этой особенности, их можно разгонять в более компактных ускорительных установках. Исследования показали, что мюоны сложнее концентрировать в узкие пучки, чем протоны или электроны, что усложняет создание компактных мюонных коллайдеров.
Эксперимент MICE, проведенный в Лаборатории Резерфорда-Эплтона, направлен на решение этой проблемы. Ученые использовали ионное охлаждение для концентрации пучков мюонов, и в 2020 году они получили первые положительные результаты, подтвердив, что мюоны охлаждаются при прохождении через «холодильники» из жидкого водорода и гидрида лития. Недавно удалось показать, что эта процедура также значительно уменьшает размеры пучков мюонов.
«Проведенный нами анализ четко показывается, что эксперимент MICE завершился однозначным успехом. Это открывает дорогу для создания более масштабных прототипов мюонных коллайдеров»
— Кеннет Лонг, профессор Имперского колледжа Лондона.
Большой адронный коллайдер (БАК) и другие мощные ускорители частиц используют электроны и протоны для поиска новых субатомных частиц и изучения свойств материи при высоких энергиях. Однако для разгона этих частиц до околосветовых скоростей требуются крупные ускорительные установки, длина которых достигает десятков километров.
Физики давно предполагали, что использование мюонов могло бы значительно уменьшить размеры коллайдеров и повысить энергию столкновения частиц. Мюоны, будучи более массивными, можно разгонять в компактных установках, что делает их перспективными для создания новых типов коллайдеров.
Эксперимент MICE показал, что мюоны можно охлаждать и концентрировать, используя ионные холодильники. Эти успехи позволяют говорить о возможности создания мощных мюонных коллайдеров в ближайшем будущем.
«Мюоны значительно сложнее концентрировать в узкие пучки частиц, чем протоны или электроны, что пока не позволяет создать компактные мюонные аналоги БАК. Но наши исследования демонстрируют, что ионное охлаждение открывает новые перспективы в этой области».
— Кеннет Лонг, профессор Имперского колледжа Лондона.
Эти достижения могут стать значительным шагом вперед в развитии физики высоких энергий и ускорительных технологий.
