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            作者:劉霞 來源:科技日報 發布時間:2020/2/7 11:39:10
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            科學家首次實現缪子電離冷卻
            向建造缪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,科學家首次觀察到缪子(muon)電離冷卻,向成功建造缪子對撞機邁出關鍵一步。即使與升級後的大型強子對撞機(LHC)相比,未來缪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“國際缪子電離冷卻實驗”(MICE)幸福彩票三大发人工精准计划首页組希望制造出一種全新的缪子加速器,繼承LHC的“宏願”,産生能量高10倍的新粒子。實現這一目標面臨一個難題:能否充分“擠壓”缪子束以達到研究新物理所需的標准。MICE幸福彩票三大发人工精准计划首页組的最新實驗清楚表明,電離冷卻方法可行,缪子也能被注入很小體積內。

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

            爲減少缪子團彌散,科學家采用了束流冷卻過程,缪子的靜止壽命約爲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幸福彩票三大发人工精准计划首页組另辟蹊徑,實現了冷卻目標:他們讓缪子穿過用氫化锂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缪子束。

            研究人員稱,電離冷卻得到的缪子束流可應用于多個方面。比如,將缪子加速到高能狀態,然後注入粒子存儲環內,並與反向運動的反缪子束發生碰撞;另外,科學家們也可以降低冷缪子的速度,研究其衰變産物;還可以將單束缪子存儲在環形跑道中並使其衰變,産生獨特而強大的中微子束,爲未來的中微子實驗提供新發現的機會。

            缪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。

             
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