米兰-物理学家首次将μ子“驯服”为高度受控光束—新闻—科学网

一项新研究称，研究人员经由过程利用激光照耀μ子流减速粒子并施加电场，初次将μ子加快成一个慎密节制的束流，实现接近光速4%的速度。相干研究功效近日发布在预印本平台arXiv。

μ子是一种与电子很是类似的根基粒子，但其质量是电子的200多倍。在曩昔十年里，人们愈来愈偏向在建造一台紧凑型μ子对撞机，以到达或超出年夜型质子和电子对撞机的能量程度，例如欧洲核子研究中间(CERN)27千米长的年夜型强子对撞机。

因为μ子是根基粒子，能将全数能量投入到每次碰撞中，是以一台10千米的μ子对撞机可以发生与90千米质子性能量相当的粒子。比拟之下，质子碰撞产生在其内部夸克之间。

可是加快μ子极为坚苦，由于它的寿命很短，在衰变成一个电子和两种中微子之前仅存在约2微秒。另外，μ子还以分歧速度和标的目的四周移动，难以构成一束狭小、高强度的粒子束。

研究作者、日本国度高能物理研究所粒子物理学家Shusei Kamioka暗示，虽然此前已有研究人员加快过μ子，但这些粒子束“高度发散”。是以，这些粒子束没法用在活络丈量。

为解决这一问题，Kamioka和同事将一束带正电的μ子（即μ子的反物资对应物，称为反μ子）射入二氧化硅气凝胶，后者是一种海绵状材料，经常使用作热绝缘体。当反μ子撞击气凝胶中的电子时，会构成“μ子素”中性原子。研究人员经由过程激光照耀这些原子，以剥离它们的电子，使其从头变回几近静止的反μ子。

这一冷却进程使得粒子的速度和标的目的变得一致。紧接着，研究人员操纵电场将减速的μ子加快到100千电子伏能量，从而实现接近光速4%的速度。

田纳西年夜学诺克斯维尔分校粒子物理学家Tova Holmes暗示，这一豪举是建造μ子对撞机所需方式的“庞大前进”。该对撞机可用在进行灵敏活络丈量，以揭露新物理现象，同时相较在其他粒子对撞机更小，建造本钱可能更低。

虽然成果使人鼓舞，但μ子对撞机的实现之路依然漫长。Holmes指出，该方式需要进一步扩年夜，以发生加倍慎密和高强度的粒子束。

Kamioka暗示，他和同事正在开辟将μ子加快到光速94%所需的手艺，并但愿在2028年实现这一方针，“这是我们的下一个里程碑”。

除构建将来对撞机，Kamioka指出，高能μ子束还可以用在一些可能超出粒子物理尺度模子的尝试，好比切确丈量μ子的神秘磁力。已有研究显示，μ子的磁力比理论猜测的更强。

相干论文信息：

https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.11367

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