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科學家首次實現繆子電離冷卻

放大字體  縮小字體 發布日期:2020-02-07 08:13:21    瀏覽次數:95
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科學家首次實現繆子電離冷卻 向建造繆子對撞機邁出關鍵一步 科技日報北京2月6日電 (記者劉霞)致力于建造下一代粒子對撞機的科學家迎來好消息!據美國費米實驗室網站5日報道,科學家首次觀察到繆子(muon

科學家首次實現繆子電離冷卻
向建造繆子對撞機邁出關鍵一步

科技日報北京2月6日電 (記者劉霞)致力于建造下一代粒子對撞機的科學家迎來好消息!據美國費米實驗室網站5日報道,科學家首次觀察到繆子(muon)電離冷卻,向成功建造繆子對撞機邁出關鍵一步。即使與升級后的大型強子對撞機(LHC)相比,未來繆子對撞機帶來新發現的能力也有望高出10倍。研究發表于5日出版的《自然》雜志上。

自上世紀30年代以來,科學家利用加速器制造出了質子、電子和離子束,這些粒子束的能量不斷增強,幾乎應用于各科學領域。

但“國際繆子電離冷卻實驗”(MICE)合作組希望制造出一種全新的繆子加速器,繼承LHC的“宏愿”,產生能量高10倍的新粒子。實現這一目標面臨一個難題:能否充分“擠壓”繆子束以達到研究新物理所需的標準。MICE合作組的最新實驗清楚表明,電離冷卻方法可行,繆子也能被注入很小體積內。

繆子質量為電子的200倍,壽命相對較短。利用強流質子射擊高密度靶標可大量產生繆子。然而,這些繆子主要通過質子打靶得到的次級粒子衰變產生,運動方向四面八方,就像一團彌散的云團。科學家要先將此過程的其他碎片粒子分離出去,然后用一系列磁透鏡引導繆子團。當兩個這樣的彌散束流交叉時,發生碰撞的概率很小。

為減少繆子團彌散,科學家采用了束流冷卻過程,繆子的靜止壽命約為2.2微秒,以前的束流冷卻方法要花費數小時才能達到效果。但MICE合作組另辟蹊徑,實現了冷卻目標:他們讓繆子穿過用氫化鋰或液態氫等材料特殊設計的能量吸收器,達到冷卻效果,整個過程一直用強大的超導磁透鏡聚焦繆子束。

研究人員稱,電離冷卻得到的繆子束流可應用于多個方面。比如,將繆子加速到高能狀態,然后注入粒子存儲環內,并與反向運動的反繆子束發生碰撞;另外,科學家們也可以降低冷繆子的速度,研究其衰變產物;還可以將單束繆子存儲在環形跑道中并使其衰變,產生獨特而強大的中微子束,為未來的中微子實驗提供新發現的機會。

繆子還可用于研究材料的原子結構、用作核聚變催化劑、透視X射線無法穿透的致密材料等。MICE團隊希望他們的新冷卻技術也能在這些領域“大顯身手”。

MICE實驗由英國帝國理工學院肯尼·朗教授領導,來自美國費米國家實驗室等全球多家實驗室的科學家參與其中。

 
(文/小編)
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