μ子编组技术将带来更强粒子加速器

英国伦敦帝国理工学院领衔的一项新实验表明，利用一种编组技术，可将μ子粒子聚集成束，用于进行高能碰撞实验，从而为新物理学研究奠定基础。研究结果17日发表在《自然·物理学》杂志上。

   英国科学与技术设施委员会卢瑟福阿普尔顿实验室的ISIS中子和Μ子源
图片来源：英国科学与技术设施委员会

目前的加速器使用质子、电子和离子，但使用μ子的加速器会更强大，有可能彻底改变这一领域。μ子加速器成本较低且体积较小，因此可建在与现有对撞机相同的地点，同时获得更高的能量。

现在，一项对μ子束实验的新分析表明，μ子加速器所需的一项关键技术已取得成功，为μ子对撞机更快实现规模化铺平了道路。

为实现更高能量的碰撞，并取得新的物理发现和应用，科学家需要建造更大的质子对撞机。大型强子对撞机周长为27公里，目前已计划建造一个可能接近100公里的对撞机。

建造这样一台对撞机需要大量成本和漫长时间，物理学家正在另辟蹊径：建造将μ子撞击在一起的对撞机。μ子对撞机体积更小，成本也更低，可在更小的空间内达到与100公里质子对撞机一样高的有效能量。

该研究最大的挑战是让μ子聚集在足够小的空间中频繁碰撞，当它们加速时就会形成一束集中的光束。这对于确保它们与沿相反方向在环上加速的μ子束相撞至关重要。研究人员曾利用磁透镜和能量吸收材料“冷却”μ子，制造出这种光束。初步分析显示，此举成功将μ子移向光束中心。

新开展的实验更详细地研究了光束的“形状”及其所占空间，并证明光束通过冷却变得更加“完美”：它的尺寸减小了，μ子以更有组织的方式传播。

团队目前正在与国际μ子对撞机合作组织合作，继续研发更大型的μ子冷却演示器，以尽快交付μ子对撞机。