Бытует мнение, что коллайдер нового образца непременно должен оказаться гигантским кольцом размером в 100 километров. Стоимость его постройки будет начинаться от 10 миллиардов долларов. Да еще и вероятность того, что новый ускоритель будет способствовать какому-то открытию, по масштабу сравнимому с обнаружением бозона Хиггса в 2012 году, крайне мала. Однако весьма возможно, что для углубления в тайны физики современным исследователям отнюдь не понадобится настолько монументальное оборудование, стоящее баснословных денег. Сегодня на повестке дня стоит новая технология, использующая частицы, никогда ранее не принимавшие участие в подобных проектах.
Существующие на сегодня ускорители и коллайдеры имеют не слишком широкий выбор “материала” для работы. Чаще всего выбор падает на классические электроны, антиэлектроны и протоны. Эти частицы, набравшие огромную скорость, сталкиваются между собой или с мишенью. За процессом скрупулезно наблюдают детекторы с высокой чувствительностью, контролируя параметры процесса распада “рабочего материала” на вторичные частицы. К сожалению, любой из применяющихся видов элементов имеет не только плюсы, но и минусы.
Помимо громких имен, мир элементарных частиц включает в себя и менее известных персонажей. Знакомьтесь, перед вами - мюоны. Эти “малыши” почти в 200 раз крупнее электронов. У них есть интересная особенность - при смене вектора движения у мюонов почти нет потерь энергии. Однако есть и неприятные нюансы. Мюоны - абсолютно не долгожители, они распадаются на составляющие уже через 2 микросекунды после рождения. В довесок к этому недостатку идут и шероховатости, связанные с процессом создания мюонов - помимо них образуются частицы пионы, которые моментально распадаются, делая поток менее сфокусированным.
Не так давно физики, проводившие эксперимент по ионизационному охлаждению ионов (MICE), рапортовали о прорыве. В результате многолетней работы был найден метод, позволяющий формировать стабильный мюонный луч.
Разработанная технология дает возможность поймать мюоны, передвигающиеся в совершенно разнообразных направлениях, и охлаждать их.
Технология охлаждения при помощи ионов была создана экспериментаторами еще во второй половине XX века. Однако лишь в наши дни появились способы реализовать ее на практике. По словам ученого Криса Роджерса, это была невероятно трудная задача, принимая во внимание форму магнитных полей, необходимых для полноценного функционирования ионизационного “холодильника”. Также физик отмечает - необходимая конструкция была создана лишь в начале XXI века исключительно благодаря интересу к нейтрино, которые появляются при распаде мюонов.
Необходимо упомянуть, что тестовое устройство MICE было запущено в эксплуатацию в 2012 году, а процедура подготовки показаний окончилась лишь в 2017 году. На последовавшее за этим рассмотрение собранной информации пришлось потратить еще 2 года. Итогом анализа стало определение параметров потока мюонов перед и после прохождения ионизационного охладителя. Полученные данные убедительно демонстрируют, что столь желанное явление на самом деле имеет место быть, целиком нейтрализуя попытки отдельных мюонов двигаться в случайных направлениях.
Отсутствие дееспособного ионизационного “холодильника” ранее являлось существенным препятствием на пути создания учеными мюонного коллайдера. Но в наши дни, имея на руках козырь в виде реализованного на практике механизма, физики могут уверенно приступать к созданию мюонного ускорителя.
Открывается волнующая перспектива окунуться в такие глубины физики элементарных частиц, которые, безусловно, недоступны существующим ускорителям и коллайдерам.
А вы верите в научную революцию в результате исследований квантовых явлений в скором будущем? Пишите комментарии и подписывайтесь на канал!