Укрощение строптивого мюона: физики раздвигают границы возможного

Ученым из Японского исследовательского комплекса протонных ускорителей (J-PARC) впервые в истории удалось ускорить мюоны — загадочные частицы, которые до сих пор считались практически неуправляемыми.

Мюоны похожи на электроны, но превосходят их по массе в 200 раз. Главная сложность работы с ними заключается в крайне коротком времени жизни — всего две микросекунды, после чего они распадаются на электрон и два типа нейтрино. Более того, мюоны постоянно движутся в разных направлениях с различными скоростями, что делает их крайне сложными объектами для формирования в узкий пучок высокой интенсивности.

Исследователи разработали оригинальный метод решения этой проблемы. Они направили точно контролируемый пучок антимюонов (положительно заряженных мюонов) в специальный аэрогель из диоксида кремния, который выступал в роли теплового изолятора. При столкновении антимюонов с электронами в аэрогеле образовывались атомы мюония — короткоживущие частицы, состоящие из мюона и электрона.

На следующем этапе команда применила лазерный луч для удаления электронов из атомов мюония. В результате мюоний снова превращался в антимюоны, которые немедленно замораживались для обеспечения их неподвижности.

Затем физики применили электрическое поле с энергией от 5,7 до 100 килоэлектронвольт для ускорения неподвижных положительных мюонов. В результате частицы достигли скорости, равной четырем процентам от скорости света, что составляет примерно 12 миллионов метров в секунду. Подобного результата никому не удавалось достичь ранее.

Руководитель исследования, Шусей Камиока, рассказал о дальнейших планах команды: к 2028 году ученые намерены разработать технологию, позволяющую разгонять мюоны до 94% от скорости света.

Успех японских физиков открывает путь к созданию мюонных коллайдеров — специализированных ускорителей частиц нового поколения. Такие установки позволят не только обнаруживать новые частицы, но и найдут применение в медицине, а также помогут глубже понять фундаментальные законы, управляющие Вселенной.