Novos resultados experimentais mostram que partículas chamadas múons podem ser agrupadas em feixes adequados para colisões de alta energia, abrindo caminho para uma nova física.
Os aceleradores de partículas são mais conhecidos por colidir matéria para investigar sua composição, mas também são usados para medir a estrutura química de medicamentos, tratar câncer e fabricar microchips de silício.
Nossa prova de princípio […] é um desenvolvimento importante para a realização de um colisor de múons. Dr Paul Bogdan Jurj
Os aceleradores atuais usam prótons, elétrons e íons, mas aceleradores mais poderosos usando múons – primos mais pesados dos elétrons – têm o potencial de revolucionar o campo. Aceleradores de múons seriam mais baratos e menores, então poderiam ser construídos nos mesmos locais que os colisores existentes, enquanto acessam energias ainda maiores.
Agora, uma nova análise de um experimento de feixe de múons demonstrou o sucesso de uma das principais tecnologias necessárias para aceleradores de múons. Isso abre caminho para que um colisor de múons seja ampliado mais cedo do que outros tipos de aceleradores usando partículas diferentes.
A análise foi liderada por pesquisadores do Imperial College London, como parte da colaboração do Muon Ionization Cooling Experiment (MICE), e as descobertas foram publicadas hoje em Física da Natureza .
O primeiro autor do estudo, Dr. Paul Bogdan Jurj, do Departamento de Física do Imperial, disse: “Nossa prova de princípio é uma ótima notícia para a comunidade internacional de física de partículas, que está fazendo planos para a próxima geração de aceleradores de energia mais alta. É um desenvolvimento importante para a realização de um colisor de múons, que poderia se encaixar em locais existentes, como o FermiLab nos Estados Unidos, onde há um entusiasmo crescente pela tecnologia.”
Aceleradores de partículas potentes
Os aceleradores de partículas mais poderosos do mundo, exemplificados pelo Large Hadron Collider (LHC), colidem partículas chamadas prótons em altas energias. Essas colisões produzem novas partículas subatômicas que os físicos querem estudar, como o Higgs e outros bósons e quarks.
Para atingir colisões de energia mais alta e acessar novas descobertas e aplicações da física, um colisor de prótons muito maior precisaria ser construído. O LHC tem o formato de um anel com uma circunferência de 27 km, e planos foram elaborados para potencialmente construir um colisor de quase 100 km.
No entanto, os custos consideráveis e o longo tempo necessário para construir tal colisor significam que alguns físicos estão procurando soluções em outros lugares. Entre os caminhos promissores estão os colisores que, em vez disso, esmagam múons.
Os colisores de múons seriam mais compactos e, portanto, mais baratos, atingindo energias efetivas tão altas quanto as propostas pelo colisor de prótons de 100 km em um espaço muito menor. No entanto, o desenvolvimento de tecnologia é necessário para garantir que os múons possam ser colididos com frequência suficiente.
Múons de organização
O maior desafio tem sido fazer com que os múons se congreguem em um espaço pequeno o suficiente, de modo que, quando forem acelerados, formem um feixe concentrado. Isso é essencial para garantir que eles colidam com o feixe de múons sendo acelerados ao redor do anel na direção oposta.
A colaboração MICE produziu anteriormente tal feixe usando lentes magnéticas e materiais absorventes de energia para “resfriar” os múons. A análise inicial mostrou que isso deslocou com sucesso os múons em direção ao centro do feixe.
A nova análise deste experimento observou o “formato” do feixe com mais detalhes, e quanto espaço ele ocupava. Com isso, a equipe conseguiu mostrar que o feixe ficou mais “perfeito” pelo resfriamento: ele tinha tamanho reduzido, com os múons viajando de forma mais organizada.
O experimento foi realizado usando a linha de luz de múons MICE na instalação de Feixes de Nêutrons e Múons do Science and Technology Facilities Council (STFC) ISIS no Laboratório Rutherford Appleton do STFC no Reino Unido. A equipe agora está trabalhando com a International Muon Collider Collaboration para construir o próximo estágio de demonstrações.
O porta-voz da Colaboração MICE, Professor Ken Long, do Departamento de Física do Imperial College, disse: “O resultado positivo claro mostrado por nossa nova análise nos dá confiança para prosseguir com aceleradores protótipos maiores que colocam a técnica em prática.”
O Dr. Chris Rogers, baseado na instalação ISIS do STFC em Oxfordshire, liderou a equipe de análise MICE e agora está liderando o desenvolvimento do sistema de resfriamento de múons para o Colisor de Múons no CERN. Ele disse: “Este é um resultado importante que mostra o desempenho do resfriamento MICE da forma mais clara possível. Agora é imperativo que escalemos para a próxima etapa, o Demonstrador de Resfriamento de Múons, a fim de entregar o colisor de múons o mais rápido possível.”
‘Redução de Emitância Transversal em Feixes de Múons por Resfriamento por Ionização’, da The MICE Collaboration é publicado em Física da Natureza.
