Zderzacz mionów

Zderzacz mionów to proponowany akcelerator cząstek na etapie projektowania koncepcyjnego, który zderza wiązki mionów w celu precyzyjnych badań Modelu Standardowego i bezpośrednich poszukiwań nowej fizyki. Miony należą do drugiej generacji leptonów , zazwyczaj powstają w zderzeniach wysokoenergetycznych w sposób naturalny (np. zderzenia promieni kosmicznych z atmosferą ziemską ) lub sztucznie (w kontrolowanych środowiskach przy użyciu akceleratorów cząstek) ). Głównym wyzwaniem takiego zderzacza jest krótki czas życia mionów.

poprzednie zderzacze leptonów wykorzystywały elektrony i/lub ich antycząstki, pozytony . Oferują one przewagę nad zderzaczami hadronów , takimi jak Wielki Zderzacz Hadronów w CERN , ponieważ zderzenia leptonów są stosunkowo „czyste” dzięki temu, że są cząstkami elementarnymi , podczas gdy hadrony , takie jak protony , są cząstkami złożonymi. Jednak zderzacze elektronów i pozytonów nie mogą skutecznie osiągnąć tej samej energii środka masy, co zderzacze hadronów w akceleratorach kołowych ze względu na utratę energii przez promieniowanie synchrotronowe .

Mion jest około 206 razy masywniejszy niż elektron , co zmniejsza ilość promieniowania synchrotronowego z mionu o współczynnik około 1 miliarda. Zmniejszona utrata promieniowania umożliwia budowę kolistych zderzaczy o znacznie wyższych energiach projektowych niż równoważne zderzacze elektronów / pozytonów. Zapewnia to unikalną kombinację wysokiej energii środka masy i czystego środowiska kolizji, nieosiągalnego w żadnym innym typie zderzacza cząstek. Wykazano, że zderzacz mionów może osiągnąć energię rzędu kilku teraelektronowoltów (TeV). W szczególności, zaczynając od energii środka masy 3 TeV, zderzacz mionów jest najbardziej wydajnym energetycznie typem zderzacza, podczas gdy przy 10 TeV miałby zasięg fizyczny porównywalny z proponowanym zderzaczem hadronów 100 TeV, FCC -hh , mieszcząc się w pierścieniu wielkości LHC (27 km ), bez potrzeby budowy znacznie droższego 100-kilometrowego tunelu przewidzianego dla Future Circular Collider . Zderzacz mionów zapewnia również czysty i skuteczny sposób wytwarzania bozonów Higgsa .

Miony są cząstkami krótkotrwałymi, których czas życia w układzie spoczynkowym wynosi 2,2 μs . Fakt ten stanowi poważne wyzwanie dla kompleksu akceleratora: miony muszą zostać przyspieszone do wysokiej energii, zanim ulegną rozpadowi, a akcelerator potrzebuje ciągłego źródła nowych mionów. Wpływa to również na projekt eksperymentu: duży strumień cząstek indukowany przez produkty rozpadu mionów ostatecznie dociera do detektora, co wymaga zaawansowanych technologii detektorów i algorytmów rekonstrukcji zdarzeń w celu odróżnienia tych cząstek od produktów zderzenia. Rozważana obecnie podstawowa metoda produkcji mionów opiera się na wysokoenergetycznej wiązce protonów uderzającej w cel w celu wytworzenia piony , które następnie rozpadają się na miony, które mają znaczny rozrzut kierunku i energii, którą należy zredukować w celu dalszego przyspieszenia w pierścieniu. Możliwość przeprowadzenia tego tzw. 6D chłodzenia mionów została zademonstrowana w Eksperymencie Chłodzenia Jonizacji Mionów (MYSZY). Alternatywna metoda produkcji, akcelerator mionów o niskiej emisji (LEMMA), wykorzystuje wiązkę pozytonów padającą na nieruchomy cel w celu wytworzenia par mionów w procesie anihilacji elektron-pozyton w progowej energii środka masy. Powstała wiązka nie wymaga etapu chłodzenia, ale ma bardzo mały przekrój poprzeczny do produkcji mionów, co utrudnia osiągnięcie wysokiej jasności przy użyciu istniejących źródeł pozytonów.

Rozmowy toczyły się w 2009 roku. Pierwszy dedykowany projekt kompleksu akceleratora i projekt detektora dla energii środka masy do 3 TeV powstał w ramach amerykańskiego programu akceleratorów muonowych w latach 2010-2015. Zainteresowanie projektem Muon Collider ponownie wzrosło w 2020 r. po opublikowaniu porównania zasięgu fizycznego zderzacza muonów 1,5 TeV z eksperymentem CLIC, a następnie aktualizacji europejskiej strategii dla fizyki cząstek elementarnych, w której zalecono zainicjowanie międzynarodowe studium projektowe zderzacza mionów ukierunkowanego na energię środka masy bliską 10 TeV.

Zobacz też

• Międzynarodowy Eksperyment Chłodzenia Jonizacji Mionów

Linki zewnętrzne

•   Gibney, Elizabeth (8 sierpnia 2022). „Fizycy cząstek elementarnych chcą zbudować pierwszy na świecie zderzacz mionów” . Natura . 608 (7924): 660–661. doi : 10.1038/d41586-022-02122-y . PMID 35941386 .