Os cientistas demonstraram uma tecnologia chave para tornar possível a próxima geração de aceleradores de partículas de alta energia.

Aceleradores de partículas são usados ​​para sondar a composição da matéria em aceleradores como o Grande Colisor de Hádrons, e para medir a estrutura química dos medicamentos, tratamento de câncer e fabricação de microchips de silício.

Até aqui, as partículas aceleradas foram prótons, elétrons e íons, em feixes concentrados. Contudo, uma equipe internacional chamada de colaboração Muon Ionization Cooling Experiment (MICE), que inclui pesquisadores do Imperial College London, estão tentando criar um feixe de múon.

Muons são partículas como elétrons, mas com uma massa muito maior. Isso significa que eles podem ser usados ​​para criar feixes com dez vezes mais energia do que o Grande Colisor de Hádrons.

Os múons também podem ser usados ​​para estudar a estrutura atômica dos materiais, como um catalisador para a fusão nuclear e para ver através de materiais realmente densos que os raios X não conseguem penetrar.

Sucesso de uma etapa crucial

O MICE anunciou hoje o sucesso de uma etapa crucial na criação de um feixe de múon - encurralar os múons em um volume pequeno o suficiente para que as colisões sejam mais prováveis. Os resultados são publicados hoje em Natureza .

O experimento foi realizado usando a linha de feixe de múon MICE nas instalações do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia (STFC) ISIS Neutron e Muon Beam no Harwell Campus no Reino Unido.

Professor Ken Long, do Departamento de Física do Imperial, é o porta-voz do experimento. Ele disse:"O entusiasmo, dedicação, e o trabalho árduo da colaboração internacional e o excelente suporte do pessoal de laboratório do STFC e de institutos de todo o mundo tornaram possível esse avanço revolucionário. "

Os múons são produzidos ao quebrar um feixe de prótons em um alvo. Os múons podem então ser separados dos detritos criados no alvo e direcionados por uma série de lentes magnéticas. Os múons coletados formam uma nuvem difusa, então, quando se trata de colidi-los, as chances de eles se baterem e produzirem fenômenos físicos interessantes são muito baixas.

Para tornar a nuvem menos difusa, um processo chamado resfriamento por feixe é usado. Isso envolve aproximar os múons e mover-se na mesma direção. Contudo, até agora, as lentes magnéticas só conseguiam aproximar os múons, ou faça com que eles se movam na mesma direção, mas não os dois ao mesmo tempo.

Resfriando múons

A colaboração MICE testou um método completamente novo para enfrentar este desafio único, resfriar os múons colocando-os em materiais absorventes de energia especialmente projetados. Isso foi feito enquanto o feixe estava fortemente focado por poderosas lentes magnéticas supercondutoras.

Depois de resfriar o feixe em uma nuvem mais densa, os múons podem ser acelerados por um acelerador de partículas normal em uma direção precisa, tornando muito mais provável a colisão dos múons. Alternativamente, os múons frios podem ser desacelerados para que seus produtos de decomposição possam ser estudados.

Dr. Chris Rogers, baseado nas instalações ISIS do STFC e do Coordenador de Física da colaboração, explicou:"MICE demonstrou uma maneira completamente nova de comprimir um feixe de partículas em um volume menor. Esta técnica é necessária para fazer um colisor de múons bem-sucedido, que poderia superar até mesmo o Grande Colisor de Hádrons. "

"Demonstração de resfriamento pelo experimento de resfriamento por ionização de muon" é publicado em Natureza .