Ионный холодильник впервые помог сжать поток частиц в мюонном коллайдере

Международный коллектив физиков открыл в ходе опытов на ускорительном комплексе MICE первые свидетельства того, что системы ионизирующего охлаждения можно применять для уменьшения размеров пучков мюонов и повышения вероятности столкновения этих частиц. Это позволит создать высокомощные мюонные коллайдеры, сообщила пресс-служба британского Имперского колледжа Лондона (ICL).

«Проведенный нами анализ четко показывается, что эксперимент MICE завершился однозначным успехом. Это открывает дорогу для создания более масштабных прототипов мюонных коллайдеров, в рамках которых разработанный нами подход для охлаждения мюонов будет использоваться на практике»,

— заявил профессор ICL Кеннет Лонг, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как отмечают исследователи, Большой адронный коллайдер и другие мощнейшие ускорители частиц используют в своей работе электроны и протоны для поиска новых субатомных частиц и изучения того, как ведет себя материя при высоких энергиях. Для разгона этих частиц до околосветовых скоростей необходимы очень крупные ускорительные установки, длина окружности которых составляет десятки или даже сотни километров.

Физики давно предполагают, что размеры коллайдеров можно значительным образом уменьшить, а также при этом сильно повысить энергию столкновения частиц, если использовать в их работе не протоны или электроны, а мюоны. Мюоны представляют собой элементарные частицы, похожие по свойствам на электроны, но при этом превосходящие их по массе примерно в 200 раз. Последнее позволяет эффективнее разгонять мюоны в компактных ускорительных установках.

Первые опыты с прототипами мюонных коллайдеров показали, что мюоны значительно сложнее концентрировать в узкие пучки частиц, чем протоны или электроны, что пока не позволяет создать компактные мюонные аналоги БАК. Для решения этой проблемы в британской Лаборатории Резерфорда-Эплтона был запущен эксперимент MICE, в рамках которого ученые пытаются сконцентрировать пучки мюонов путем их ионного охлаждения.

Первые положительные результаты исследователи получили в 2020 году, когда им удалось обнаружить свидетельства того, что пучки мюонов действительно охлаждались при прохождении через "холодильники", состоящие из жидкого водорода и гидрида лития. Сейчас ученым удалось продемонстрировать то, что эта процедура также приводит к значительному снижению размеров пучка мюонов, что открывает возможность создания мощных мюонных коллайдеров.