Zurab Shermadini, Rustem Khasanov, Matthias Elender e Alex Amato, da PSI, examinaram o projeto de uma célula de pressão cilindro-pistão de parede dupla projetada especificamente para experimentos de rotação de giro do múon (μSR).

A primeira etapa foi fazer os cilindros internos e externos de um projeto de célula de pressão de parede dupla de cobre-berílio (CuBe), uma liga comum usada para células de pressão μSR. Este material tem contribuições de fundo baixo bem definidas para o sinal μSR que são quase independentes da temperatura e, portanto, favorável para uso em estudos de μSR de baixa temperatura. As características mecânicas foram então analisadas usando o software de análise de elementos finitos (FEA) ANSYS que permitiu a otimização das dimensões da célula para tentar atingir a pressão mais alta possível, mantendo os experimentos seguros.

Foi construído um protótipo que permitia uma pressão de cerca de 18 kbar, de acordo com as simulações ANSYS, mas depois de uma terceira aplicação de pressão consecutiva, o cilindro externo quebrou à medida que as tensões se acumularam dentro dele.

Para melhorar o design, um segundo protótipo foi construído usando outra liga não magnética comumente usada para células de pressão μSR:MP35N. Este material foi usado para o cilindro externo em vez do CuBe. Os testes revelaram que pressões de ~ 2,6 GPa podem ser alcançadas sem qualquer dano irreversível da célula. Felizmente, como os múons param principalmente no cilindro interno do CuBe durante os experimentos, ainda havia um sinal SR de fundo baixo, apesar da mudança no material do cilindro externo.

O trabalho já foi publicado no Journal of High Pressure Research e os usuários de μSR agora têm acesso a uma célula de pistão para técnicas de μSR que atinge pressões 1,5 vezes mais altas do que anteriormente possível.