科学家首次实现缪子电离冷却

北京，2月6日，科技日报(记者刘霞)——科学家致力于建造下一代粒子对撞机欢迎好消息！根据美国费米实验室网站5日的报道，科学家们首次观察到μ子的电离冷却，朝着成功建造μ子对撞机迈出了关键的一步。即使与升级后的大型强子对撞机(LHC)相比，未来的子木对撞机也有望带来10倍的新发现。这项研究发表在5日的《自然》杂志上。

自20世纪30年代以来，科学家已经使用加速器来产生质子、电子和离子束。这些粒子束的能量一直在增加，并且已经应用到几乎所有的科学领域。

然而，“国际米勒电离冷却实验”(MICE)合作小组希望创造一种全新的米勒加速器，它继承了LHC的“雄心”，能产生能量高10倍的新粒子。这一目标的实现面临着一个难题:口鼻能否被“挤压”到足以达到学习新物理所需的标准。MICE团队的最新实验清楚地表明，电离冷却方法是可行的，并且喷嘴可以注射到小体积中。

子木的质量是电子的200倍，寿命相对较短。用强流体射击高密度目标会产生大量的枪口。然而，这些μ子主要是由从质子发射中获得的次级粒子的衰变产生的，像扩散的云团一样向各个方向移动。科学家需要在这个过程中分离其他碎片粒子，然后使用一系列磁性透镜来引导μ子。当两个这样的漫射光束相交时，碰撞的可能性非常小。

为了减少μ子的分散，科学家采用了束冷却过程。μ子的静态寿命约为2.2微秒。先前的光束冷却方法需要几个小时才能达到效果。然而，MICE的合作团队找到了另一种实现冷却目标的方法:他们让μ子通过由氢化锂或液态氢等材料制成的专门设计的能量吸收器来实现冷却效果。在整个过程中，μ子被强大的超导磁透镜聚焦。

研究人员说，电离冷却获得的喷嘴束可以应用于许多方面。例如，μ子被加速到高能状态，然后被注入粒子储存环，并与反μ子束以相反的方向碰撞。此外，科学家还可以降低冷μ子的速度，研究它们的衰变产物。单束μ子也可以储存在环形跑道上，并衰变产生独特而强大的中微子束，为未来的中微子实验提供新的发现机会。

子木还可以用来研究材料的原子结构，作为核聚变催化剂，以及作为x光无法穿透的致密材料。会展团队希望他们的新冷却技术也能在这些领域“展示其威力”。

老鼠实验由英国帝国理工学院的肯尼·朗教授领导，来自世界各地许多实验室的科学家，如美国的费米国家实验室都参加了实验。