Muons accélérés rapprochent les collisionneurs de particules de nouvelle génération de la réalité

Les muons se mettent en mouvement.

Dans une démarche vers de nouveaux types d'expériences de physique des particules, les scientifiques ont refroidi puis accéléré un faisceau de muons. Les particules subatomiques, des cousins lourds des électrons, pourraient être accélérées et projetées ensemble lors de futurs collisionneurs de particules dans l'espoir de dévoiler des secrets de physique. Mais d'abord, les scientifiques doivent trouver comment donner un coup de pouce de vitesse aux muons.

Paradoxalement, cela signifie d'abord ralentir les muons. Au départ, les muons des faisceaux de particules se dispersent dans toutes les directions. Pour rendre un faisceau adapté aux expériences, les particules doivent d'abord être ralenties puis réaccélérées, le tout dans la même direction. Ce ralentissement, ou refroidissement, a été démontré pour la première fois en 2020.

Maintenant, les scientifiques ont non seulement refroidi les muons, mais les ont aussi accélérés lors d'une expérience au Centre de recherche sur l'accélérateur de protons du Japon, ou J-PARC, à Tokai. Les muons ont atteint une vitesse d'environ 4 % de la vitesse de la lumière, soit environ 12 000 kilomètres par seconde, rapportent les chercheurs le 15 octobre sur arXiv.org.

Les scientifiques ont d'abord envoyé les muons dans un aérogel, un matériau léger qui a ralenti les muons et créé du muonium, une combinaison semblable à un atome d'un muon chargé positivement et d'un électron chargé négativement. Ensuite, un laser a retiré les électrons, laissant derrière des muons refroidis que les champs électromagnétiques ont ensuite accélérés.

Les collisionneurs de muons pourraient générer des collisions à plus haute énergie que les machines qui écrasent des protons, qui sont eux-mêmes composés de particules plus petites appelées quarks. L'énergie de chaque proton est répartie entre ses quarks, ce qui signifie qu'une partie seulement de l'énergie est utilisée dans la collision. Les muons n'ont pas de parties plus petites à l'intérieur. Et ils sont préférables aux électrons, qui perdent de l'énergie en tournant autour d'un accélérateur. Les muons ne sont pas autant affectés par ce problème grâce à leur plus grande masse.

En plus des collisionneurs, les faisceaux de muons sont utiles pour des expériences telles que la mesure des propriétés magnétiques des particules, un sujet qui a déconcerté les physiciens.