Từ các proton, electron đến hạt nhân nguyên tử, các nhà vật lý thích đập vỡ những thứ nhỏ bé lại với nhau. Và ngay sau đó, họ có thể có một cách thậm chí tốt hơn để có được cú đá của họ.
Một thí nghiệm mới làm tăng triển vọng xây dựng máy gia tốc hạt va chạm các hạt gọi là muon, điều này có thể dẫn đến sự phá vỡ năng lượng cao hơn bất kỳ thiết kế nào trước đây. Các nhà khoa học với Thí nghiệm làm mát ion hóa Muon, hay MICE, đã làm mát một chùm muon, một phần cần thiết để chuẩn bị các hạt để sử dụng trong máy va chạm, nhóm nghiên cứu báo cáo trực tuyến vào ngày 5 tháng 2 trên tạp chí Nature.
Để nghiên cứu vật chất ở cấp độ cơ bản nhất của nó, các nhà vật lý đập các hạt lại với nhau ở năng lượng cao và lọc qua đống đổ nát. Chiến lược này đã tiết lộ các hạt chưa được biết đến trước đây, chẳng hạn như boson Higgs (SN: 4/4/12), được phát hiện tại Máy Va chạm Hadron Lớn tại CERN, gần Geneva, vào năm 2012.
Máy va chạm dài 27 km đó đã là cỗ máy lớn nhất từng được chế tạo. Để tiếp tục tìm kiếm các hạt mới, các nhà khoa học phải tìm đến những năng lượng cao hơn. Năng lượng va chạm càng cao, các nhà khoa học hạt nặng hơn có thể khám phá ra. Để có được năng lượng cao hơn đòi hỏi một máy gia tốc mạnh hơn. Vì vậy, các nhà khoa học đang lên kế hoạch cho các phiên bản lớn hơn, xấu hơn - và đắt hơn - của máy va chạm hiện tại (SN: 1/22/19).
Nhưng các máy va chạm đập các proton lại với nhau, như LHC, có một nhược điểm lớn: Proton được tạo thành từ các hạt nhỏ hơn gọi là quark, mỗi hạt chỉ mang một phần năng lượng của proton. Điều đó có nghĩa là mỗi vụ va chạm hạt có ít oomph. Sự va chạm của các hạt cơ bản như muon, mà aren làm từ các hạt nhỏ hơn, không có vấn đề gì.
Một số máy va chạm có vấn đề về proton bằng cách đập vỡ các electron và các phản vật chất của chúng, positron. Nhưng những máy đó cũng có một nhược điểm: electron và positron mất năng lượng xoay quanh vòng tăng tốc bằng cách phun tia X. Những tia đó, được gọi là bức xạ synchrotron, ít quan trọng hơn đối với các hạt nặng hơn như muon, có khối lượng lớn gấp 200 lần electron, cho phép muon đạt được năng lượng cao hơn.
Nhưng va chạm muon không phải là một kỳ công đơn giản. Để tạo ra muon, các nhà khoa học đập một chùm proton vào mục tiêu, tạo ra các hạt khác phân rã và tạo ra muon. Những muon đó nổi lên với nhiều loại năng lượng và hướng khác nhau. Để sử dụng các hạt trong máy va chạm, chúng phải được làm lạnh hoặc được đưa vào một đội hình có trật tự, giống như việc làm mát một loại khí làm giảm chuyển động hỗn loạn của các nguyên tử của nó.
Không có sự làm mát này, muon đã thắng va chạm khi hai chùm hạt được giao nhau. Nhà máy vật lý Chris Rogers thuộc Phòng thí nghiệm Rutherford Appleton ở Didcot, Anh cho biết, chùm tia này quá khuếch tán và các muon chỉ nhớ nhau. Bây giờ, lần đầu tiên, Rogers và đồng nghiệp đã chứng minh làm mát muon.
Muon phân rã thành các hạt khác trong khoảng hai phần triệu giây. Nhà khoa học Nadia Pastrone thuộc Viện Vật lý hạt nhân Quốc gia ở Ý, người rất không quan tâm đến việc tìm ra một cách hiệu quả để làm mát những muon này rất nhanh.
Để thực hiện quá trình làm lạnh nhanh chóng đó, các nhà nghiên cứu chuyển các muon qua các vật liệu, khiến các muon đánh bật các electron khỏi các nguyên tử trong vật liệu. Điều đó làm mất đi một số động lượng muon muôn theo mọi hướng. Sau đó, các nhà nghiên cứu tăng tốc tất cả các muon theo cùng một hướng bằng cách sử dụng các trường điện từ. Lặp đi lặp lại quá trình này nhiều lần sẽ tạo ra một chùm có trật tự, dày đặc phù hợp.
Phương pháp có thể thay đổi mạnh mẽ cách chúng ta xây dựng các máy gia tốc lớn, chuyên gia vật lý gia tốc Vladimir Shiltsev của Fermilab ở Batavia, Ill, người không thuộc MICE. Hiện tại, những gì chúng ta đang nói đến là bình minh của một kỷ nguyên mới có thể có trong vật lý hạt và chắc chắn là trong vật lý chùm gia tốc.
0 Comments:
Đăng nhận xét