I muoni accelerati avvicinano i collider di particelle di prossima generazione alla realtà

I muoni stanno accelerando.

In un passo verso nuovi tipi di esperimenti di fisica delle particelle, gli scienziati hanno raffreddato e poi accelerato un fascio di muoni. Le particelle subatomiche, cugine pesanti degli elettroni, potrebbero essere accelerate e fatte collidere in futuri collider di particelle nella speranza di sbloccare i segreti della fisica. Ma prima gli scienziati devono capire come dare ai muoni una spinta di velocità.

Controintuitivamente, ciò significa prima rallentare i muoni. I muoni nei fasci di particelle vanno inizialmente in ogni direzione. Per rendere un fascio adatto agli esperimenti, le particelle devono prima essere rallentate e poi riaccelerate, tutto nella stessa direzione. Questo rallentamento, o raffreddamento, è stato dimostrato per la prima volta nel 2020.

Adesso, gli scienziati non solo hanno raffreddato i muoni, ma li hanno anche accelerati in un esperimento presso il Japan Proton Accelerator Research Complex, o J-PARC, a Tokai. I muoni hanno raggiunto una velocità di circa il 4 percento della velocità della luce, o circa 12.000 chilometri al secondo, riportano i ricercatori il 15 ottobre su arXiv.org.

Gli scienziati hanno prima inviato i muoni in un aerogel, un materiale leggero che ha rallentato i muoni e ha creato il muonio, una combinazione simile a un atomo di un muone a carica positiva e un elettrone a carica negativa. Successivamente, un raggio laser ha rimosso gli elettroni, lasciando muoni raffreddati che i campi elettromagnetici hanno quindi accelerato.

I collider di muoni potrebbero generare collisioni ad energia più elevata rispetto alle macchine che fanno collidere protoni, che a loro volta sono formati da particelle più piccole chiamate quark. L'energia di ciascun protone è divisa tra i suoi quark, il che significa che solo parte dell'energia va nella collisione. I muoni non hanno parti più piccole all'interno. E sono preferibili agli elettroni, che perdono energia mentre girano intorno a un acceleratore. I muoni non sono così influenzati da questo problema grazie alla loro maggiore massa.

Oltre ai collider, i fasci di muoni sono utili per esperimenti come la misurazione delle proprietà magnetiche delle particelle, argomento che ha confuso i fisici.