تسریع و ‘رام کردن’ میون‌های مثبت برای اولین بار با استفاده از پرتو کنترل‌شده
دانشمندان برای چندین دهه سعی در تسریع میون‌ها داشتند، اما این ذرات بنیادی گریزان تقریباً همیشه قبل از رسیدن به سرعت کامل دچار تجزیه می‌شوند.
با عمر تنها دو میکروثانیه (2 x 10 -6 ثانیه) و عادت آزاردهنده به حرکت در جهت‌های مختلف، تسریع میون‌ها حتی با استفاده از یک پرتو قدرتمند برای دانشمندان بسیار چالش‌برانگیز است.
«میون‌ها به طرز شگفت‌آوری دشوار برای تسریع هستند، زیرا تنها حدود ۲ میکروثانیه قبل از تجزیه به الکترون و دو نوع نوترینو وجود دارند. همچنین در جهت‌های مختلف و با سرعت‌های مختلف حرکت می‌کنند که رام کردن آن‌ها را به یک پرتو باریک و پرشدت دشوار می‌کند.»، شوسئی کامیئوکا، کارشناس فیزیک ذرات گفت.
با این حال، محققان از مجموعه ژاپنی تحقیقاتی شتاب‌دهنده پروتون (J-PARC) ادعا کرده‌اند که برای اولین بار موفق به تسریع میون‌ها شده‌اند .
رمز کار، ساخت آنتی‌میون‌ها از میونیوم‌ها
میون‌ها تقریباً همانند الکترون‌ها هستند، اما ۲۰۰ برابر سنگین‌تر و سریعاً دچار تجزیه می‌شوند. برای غلبه بر این چالش‌ها و تسریع آن‌ها، محققان J-PARC یک آزمایش جالب انجام دادند.
آن‌ها یک پرتوی کنترل شده از آنتی‌میون‌ها (میون‌های دارای بار مثبت) را به داخل یک ایرژل سیلیس اسفنجی که به عنوان عایق حرارتی عمل می‌کند، شلیک کردند. برخورد بین آنتی‌میون‌ها و الکترون‌ها در ایرژل به ایجاد اتم‌های میونیوم منجر شد (میونیوم یک ذره کوتاه‌عمر است که از یک میون و یک الکترون تشکیل شده).
سپس، برای حذف الکترون‌ها از اتم‌های میونیوم، محققان از یک پرتوی لیزر استفاده کردند. این مجدداً میونیوم‌ها را به آنتی‌میون‌ها بدل کرد که بلافاصله منجمد شدند تا ثابت بمانند.
وقتی که محققان از یک میدان الکتریکی با انرژی‌های بین 5.7 تا 100 کیلوالکترون‌ولت (keV) برای تسریع میون‌های مثبت ساکن استفاده کردند، ذرات با چهار درصد سرعت نور (~12 میلیون متر/ثانیه) حرکت کردند — موفقیتی که قبلاً هرگز حاصل نشده بود.
این دستاورد قدم بزرگی به سمت تحقق برخورددهنده‌های میونی است، که می‌توانند تحقیقات فیزیک ذرات را متحول کنند.
«ما در حال توسعه فناوری مورد نیاز برای تسریع میون‌ها به ۹۴ درصد سرعت نور هستیم و امیدواریم این کار را تا سال ۲۰۲۸ به انجام برسانیم. این هدف بعدی ماست.» کامیئوکا گفت.
اهمیت تسریع میون‌ها
زمانی که تسریع میون‌ها به مقیاس بزرگتر قابل انجام شود، می‌تواند به توسعه شتاب‌دهنده‌های ذرات ویژه‌ای به نام برخورددهنده‌های میونی منجر شود.
این ابزارهای پیشرفته تحقیقاتی می‌توانند به کشف ذرات جدید کمک کرده، به درمان‌های پزشکی کمک کنند و فهم ما از پدیده‌های طبیعی که بر جهان حاکمند را افزایش دهند.
«علاوه بر ساخت برخورددهنده‌ای برای آینده، فیزیکدانان می‌توانند از پرتوی میونی با انرژی بالا در آزمایش‌ها استفاده کنند که می‌تواند فراتر از مدل استاندارد فیزیک ذرات برود، مانند اندازه‌گیری دقیق مغناطیس مبهم میون - که قوی‌تر از پیش‌بینی‌های تئوری است.” کامیئوکا توضیح داد.
مطالعه در arXiv منتشر شده و هنوز به طور دقیق مورد بررسی قرار نگرفته است.
