מאיצי חלקיקים, קריטיים בתחומים כמו רפואה, ייצור ופיזיקה בסיסית, נעים לעבר שימוש במיוונים, המבטיחים מערכים קטנים יותר וזולים יותר המסוגלים להשיג אנרגיות גבוהות יותר.
תוצאות ניסוי חדשות מראות שניתן לרכז חלקיקים הנקראים מיואונים לתוך אלומות המתאימות להתנגשויות באנרגיה גבוהה, מה שסוללת את הדרך לפיזיקה חדשה.
ההתקדמות בטכנולוגיית ה-muon עשויה לחולל מהפכה במאיצי החלקיקים, ולהציע חלופות קומפקטיות וחסכוניות יותר למאיצים בקנה מידה גדול הנמצאים כיום בשימוש. ניסויים אחרונים הדגימו טכנולוגיות מפתח הנחוצות למתנגשי מיאון, ומאותתות על מעבר לעבר מחקר פיזיקת חלקיקים בעל אנרגיה גבוהה יותר ויעיל יותר.
מאיצי חלקיקים ידועים בעיקר בהתנגשות בחומר כדי לחקור את איפורו, אך הם משמשים גם למדידת המבנה הכימי של תרופות, לטיפול בסרטן, וייצור שבבי סיליקון.
מאיצים נוכחיים משתמשים בפרוטונים, אלקטרונים ויונים, אבל מאיצים חזקים יותר המשתמשים במיוונים – בני דודים כבדים יותר של אלקטרונים – הם בעלי פוטנציאל לחולל מהפכה בתחום. מאיצי Muon יהיו זולים יותר וקטנים יותר, כך שניתן לבנות אותם באותם אתרים כמו מתנגשים קיימים תוך גישה לאנרגיות גבוהות עוד יותר.
התקדמות בטכנולוגיית Muon
כעת, ניתוח חדש של ניסוי קרן מיאון הוכיח את הצלחתה של אחת מהטכנולוגיות המרכזיות הנדרשות למאיצי מיאון. זה סולל את הדרך להגדלת מתנגש מיאון מוקדם יותר מאשר סוגים אחרים של מאיצים המשתמשים בחלקיקים שונים.
הניתוח הובל על ידי אימפריאל קולג' בלונדון חוקרים, כחלק משיתוף הפעולה של ניסוי קירור יינון מואון (MICE), והממצאים מתפרסמים היום (17 ביולי) ב פיזיקת הטבע.
ISIS Neutron & Muon Source במעבדת STFC Rutherford Appleton בבריטניה. קרדיט: STFC
המחבר הראשון של המחקר ד"ר פול בוגדן ג'ורג', מהמחלקה לפיזיקה באימפריאל, אמר: "הוכחת העיקרון שלנו היא חדשות נהדרות עבור קהילת הפיזיקה הבינלאומית של החלקיקים, שמתכננת תוכניות לדור הבא של מאיצי אנרגיה. מדובר בפיתוח חשוב לקראת מימושו של מתנגש מיאון, שיכול להשתלב באתרים קיימים, כמו FermiLab בארה"ב, שבהם יש התלהבות גוברת מהטכנולוגיה".
כוחם של מתנגדי מואון
מאיצי החלקיקים החזקים ביותר בעולם, דוגמת מאיץ ההדרונים הגדול (LHC), מרסקים יחד חלקיקים הנקראים פרוטונים באנרגיות גבוהות. התנגשויות אלו מייצרות חלקיקים תת-אטומיים חדשים שהפיזיקאים רוצים לחקור, כמו ההיגס ובוזונים וקווארקים אחרים.
כדי להגיע להתנגשויות באנרגיה גבוהה יותר, ולגשת לתגליות ויישומים בפיזיקה חדשים, יהיה צורך לבנות מתנגש פרוטונים גדול בהרבה. ה-LHC מעוצב כמו טבעת עם היקף של 27 ק"מ, ותוכננו תוכניות לבניית מתנגש של כמעט 100 ק"מ.
עם זאת, העלויות הרבות והזמן הארוך הדרושים לבניית מתנגש כזה פירושם שכמה פיזיקאים מחפשים פתרונות במקומות אחרים. בין השדרות המבטיחות יש מתנגשים שבמקום זאת מרסקים יחד מיואונים.
מתנגשי מיאון יהיו קומפקטיים יותר ולכן זולים יותר, ויגיעו לאנרגיות אפקטיביות גבוהות כמו אלו שהציע מתנגש פרוטונים באורך 100 ק"מ בחלל קטן בהרבה. עם זאת, יש צורך בפיתוח טכנולוגי כדי להבטיח שניתן להתנגש במיוונים בתדירות גבוהה מספיק.
אתגרים ופתרונות ב-Muon Acceleration
האתגר העיקרי היה לגרום למיואונים להתכנס בחלל קטן מספיק, כך שכאשר הם מואצים הם יוצרים אלומה מרוכזת. זה חיוני כדי להבטיח שהם מתנגשים בקרן מיואונים המואצת סביב הטבעת בכיוון ההפוך.
שיתוף הפעולה של MICE יצר בעבר קרן כזו על ידי שימוש בעדשות מגנטיות וחומרים סופחי אנרגיה כדי 'לקרר' את המיואונים. ניתוח ראשוני הראה שזה העביר בהצלחה מיואונים לכיוון מרכז הקרן.
הניתוח החדש של ניסוי זה בחן את 'צורת' הקורה ביתר פירוט, וכמה מקום היא תופסת. בעזרת זה, הצוות הצליח להראות שהקרן נעשתה "מושלמת" יותר על ידי הקירור: גודלה היה מופחת, כשהמיוונים נעים בצורה מאורגנת יותר.
תוצאות מבטיחות משיתוף הפעולה של MICE
הניסוי בוצע באמצעות קו קרן המיאון של MICE במתקן ה- ISIS Neutron and Muon Beam של מועצת המדע והטכנולוגיה (STFC) במעבדת STFC Rutherford Appleton בבריטניה. הצוות עובד כעת עם שיתוף הפעולה הבינלאומי ל-Muon Collider כדי לבנות את השלב הבא של ההפגנות.
דובר שיתוף הפעולה של MICE, פרופסור קן לונג, מהמחלקה לפיזיקה באימפריאל, אמר: "התוצאה החיובית הברורה שהוצגה בניתוח החדש שלנו נותנת לנו את הביטחון להמשיך עם מאיצי אב טיפוס גדולים יותר שיוציאו את הטכניקה לפועל."
ד"ר כריס רוג'רס, שבסיסו במתקן ISIS של STFC באוקספורדשייר, הוביל את צוות הניתוח של MICE וכעת הוא מוביל את הפיתוח של מערכת הקירור של ה-Muon עבור ה-Muon Collider ב- CERN. הוא אמר: "זו תוצאה חשובה שמראה את ביצועי הקירור של MICE בצורה הברורה ביותר. כעת הכרחי שנתקדם לשלב הבא, מדגמת קירור ה-Muon, על מנת לספק את מתנגש המיאון בהקדם האפשרי".
