Versnelde muonen brengen de volgende generatie deeltjesversnellers dichter bij de realiteit

Muonen zijn in beweging.

In een stap naar nieuwe soorten deeltjesfysica-experimenten koelden en versnelden wetenschappers een bundel muonen. De subatomaire deeltjes, zware neven van elektronen, zouden kunnen worden versneld en tegen elkaar gebotst in toekomstige deeltjesversnellers in de hoop fysica-geheimen te ontsluiten. Maar eerst moeten wetenschappers uitzoeken hoe ze muonen een snelheidsboost kunnen geven.

Contraintuïtief betekent dat eerst muonen vertragen. Muonen in deeltjesbundels gaan aanvankelijk alle kanten op. Om een bundel geschikt te maken voor experimenten, moeten de deeltjes eerst vertraagd en vervolgens opnieuw versneld worden, allemaal in dezelfde richting. Dit vertragen, of koelen, werd voor het eerst gedemonstreerd in 2020 (SN: 2/5/20).

Nu hebben wetenschappers niet alleen muonen gekoeld maar ze ook versneld in een experiment in het Japan Proton Accelerator Research Complex, of J-PARC, in Tokai. De muonen bereikten een snelheid van ongeveer 4 procent van de snelheid van het licht, of ongeveer 12.000 kilometer per seconde, melden onderzoekers op 15 oktober op arXiv.org.

De wetenschappers stuurden de muonen eerst door een aerogel, een lichtgewicht materiaal dat de muonen vertraagde en muonium creëerde, een atoomachtige combinatie van een positief geladen muon en een negatief geladen elektron. Vervolgens verwijderde een laser de elektronen, waardoor gekoelde muonen achterbleven die elektromagnetische velden vervolgens versnelden.

Muon-versnellers zouden botsingen met hogere energie kunnen genereren dan machines die protonen verpletteren, die zelf bestaan uit kleinere deeltjes genaamd quarks. De energie van elke proton wordt verdeeld over zijn quarks, wat betekent dat slechts een deel van de energie in de botsing terechtkomt. Muonen hebben geen kleinere stukjes erin. En ze zijn de voorkeur boven elektronen, die energie verliezen terwijl ze een versneller cirkelen. Muonen hebben minder last van dat probleem dankzij hun grotere massa.

Naast versnellers zijn muonenbundels nuttig voor experimenten zoals het meten van de magnetische eigenschappen van de deeltjes, een onderwerp dat natuurkundigen heeft verward (SN: 8/10/23).