Мюонный коллайдер
Мюонный коллайдер — это предлагаемый ускоритель частиц, находящийся на стадии концептуального проектирования, который сталкивает пучки мюонов для прецизионных исследований Стандартной модели и для прямых поисков новой физики. Мюоны принадлежат ко второму поколению лептонов , они обычно образуются в результате высокоэнергетических столкновений либо естественным путем (например, при столкновениях космических лучей Земли с атмосферой ), либо искусственно (в контролируемых средах с использованием ускорителей частиц ). Основная проблема такого коллайдера — короткое время жизни мюонов.
Все предыдущие лептонные коллайдеры использовали электроны и/или их античастицы , позитроны . Они имеют преимущество перед адронными коллайдерами , такими как , ЦЕРН Большой адронный коллайдер в том, что столкновения лептонов относительно «чисты», поскольку они являются элементарными частицами , в то время как адроны , такие как протоны , являются составными частицами. Однако электрон-позитронные коллайдеры не могут эффективно достигать той же энергии центра масс, что и адронные коллайдеры в круговых ускорителях, из-за потерь энергии из-за синхротронного излучения .
Мюон примерно в 206 раз массивнее электрона , синхротронного что уменьшает количество излучения мюона примерно в 1 миллиард раз. Снижение радиационных потерь позволяет создавать круговые коллайдеры с гораздо более высокой расчетной энергией, чем эквивалентные электрон-позитронные коллайдеры. Это обеспечивает уникальное сочетание высокой энергии центра масс и чистой среды столкновения, недостижимое ни в одном другом типе коллайдера частиц. Было показано, что мюонный коллайдер может достигать энергии в несколько тераэлектронвольт (ТэВ). [1] В частности, начиная с энергии центра масс 3 ТэВ, мюонный коллайдер является наиболее энергоэффективным типом коллайдера, а при энергии 10 ТэВ он будет иметь физический охват, сравнимый с таковым предлагаемого адронного коллайдера на 100 ТэВ, FCC. -хх , [2] при этом помещаясь в кольцо размером с БАК (27 км ), без необходимости строительства гораздо более дорогого туннеля длиной 100 км, предусмотренного для Будущего кольцевого коллайдера . Мюонный коллайдер также обеспечивает чистый и эффективный способ производства бозонов Хиггса . [3]
Мюоны — короткоживущие частицы со временем жизни 2,2 мкс в системе покоя. Этот факт представляет собой серьезную проблему для ускорительного комплекса: мюоны необходимо ускорять до высокой энергии, прежде чем они распадутся, а ускорителю необходим непрерывный источник новых мюонов. Это также влияет на дизайн эксперимента: высокий поток частиц, индуцированный продуктами распада мюона, в конечном итоге достигает детектора, что требует передовых детекторных технологий и алгоритмов реконструкции событий, чтобы отличить эти частицы от продуктов столкновений. Рассматриваемый сегодня базовый метод производства мюонов основан на воздействии пучка протонов высокой энергии на мишень с образованием пионов , которые затем распадаются на мюоны, имеющие значительный разброс по направлению и энергии, который необходимо уменьшить для дальнейшего ускорения в кольцо. Возможность осуществления так называемого 6D-охлаждения мюонов была продемонстрирована в эксперименте по ионизационному охлаждению мюонов (MICE). [4] Альтернативный метод производства — мюонный ускоритель с низкой эмиссией (LEMMA). [5] использует пучок позитронов, падающий на неподвижную мишень, для создания пар мюонов в результате процесса электрон-позитронной аннигиляции при пороговой энергии центра масс. Полученный пучок не нуждается в стадии охлаждения, но имеет очень низкое сечение образования мюонов, что затрудняет достижение высокой светимости с помощью существующих источников позитронов.
Переговоры продолжались в 2009 году. [6] [7] Первый специализированный проект ускорительного комплекса и конструкция детектора для энергий центра масс до 3 ТэВ были разработаны в рамках Американской программы мюонных ускорителей (MAP) в 2010–2015 гг. [8] [9] [10] [11] [12] после чего оно было заброшено. [13] Интерес к проекту мюонного коллайдера снова возрос в 2020 году после публикации сравнения физических показателей мюонного коллайдера с энергией 1,5 ТэВ и эксперимента CLIC. [14] за которым последовало обновление европейской стратегии в области физики элементарных частиц, в котором было рекомендовано начать международное исследование конструкции мюонного коллайдера, нацеленного на энергию центра масс, близкую к 10 ТэВ. [15]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лоуренса Беркли. Лабораторный центр лучевой физики Архивировано 27 февраля 2005 г. в Wayback Machine [Проверено 8 января 2012 г.]
- ^ К. Р. Лонг, Д. Луккези, М. А. Палмер, Н. Пастроне, Д. Шульте и В. Шильцев (2021). «Мюонные коллайдеры расширят границы физики элементарных частиц» . Физика природы . 17 (3): 289–292. arXiv : 2007.15684 . Бибкод : 2021NatPh..17..289L . дои : 10.1038/s41567-020-01130-x . S2CID 234356677 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Ядах, С.; Кисия, РА (апрель 2016 г.). «Форма линии бозона Хиггса в будущих лептонных коллайдерах» . Буквы по физике Б. 755 : 58–63. arXiv : 1509.02406 . Бибкод : 2016PhLB..755...58J . дои : 10.1016/j.physletb.2016.01.065 .
- ^ MICE-сотрудничество (2020). «Демонстрация охлаждения с помощью эксперимента по ионизационному охлаждению мюонов» . Природа . 578 (7793): 53–59. Бибкод : 2020Природа.578...53М . дои : 10.1038/s41586-020-1958-9 . ПМК 7039811 . ПМИД 32025014 .
- ^ М. Антонелли, М. Босколо, Р. Ди Нардо и П. Раймонди (2016). «Новое предложение по мюонному пучку с низким эмиттансом, использующему пучок позитронов на мишени» . Нукл. Инструмент. Методы А. 807 : 101–107. arXiv : 1509.04454 . Бибкод : 2016NIMPA.807..101A . дои : 10.1016/j.nima.2015.10.097 . S2CID 55500891 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ↑ Эрик Хэнд, 18 ноября 2009 г., Nature 462, 260–261 (2009) [1] doi : 10.1038/462260a [Проверено 8 января 2012 г.]
- ^ Fermilab Министерство энергетики США > MUONRD indico [Проверено 8 января 2012 г. (последнее изменение сайта: 30 сентября 2011 г.)]
- ^ КАРТА [Проверено 8 января 2012 г. (последнее изменение сайта: 22 марта 2011 г.)]
- ^ Эдди, Б. Фелленц, П. Прието, А. Семенов, Д.С. Вой, М. Вендт (Фермилаб) 17 августа 2011 г. Система мониторинга положения провода для криомодуля в стиле TESLA на частоте 1,3 ГГц в ускорителе New-Muon-Lab в Фермилабе. [2] [Проверено 8 января 2012 г.]
- ^ 6 марта 2008 г. - Фабрика нейтрино и Сотрудничество мюонного коллайдера (NFMCC) pdf - 17 октября 2011 г. [Проверено 8 января 2012 г.]
- ^ Ёнехара, Кацуя; Рабочая группа МТА (2013 г.). «Недавние успехи в исследовании радиочастотных полостей на испытательном полигоне Мукул» . Физический журнал: серия конференций . 408 (1): 012062. arXiv : 1201.5903 . Бибкод : 2013JPhCS.408a2062Y . дои : 10.1088/1742-6596/408/1/012062 . S2CID 204924736 .
- ^ ISIS, Всемирный центр нейтрино и мюонов [3] [Проверено 8 января 2012 г.]
- ^ Даттаро, Лаура (10 апреля 2024 г.). « Это наш мюонный выстрел» | журнал «Симметрия» . www.symmetrymagazine.org . Проверено 11 апреля 2024 г.
- ^ Н. Бартосик, А. Бертолин, Л. Буонинконтри, М. Казарса, Ф. Колламати, А. Феррари, А. Феррари, А. Джанель, Д. Луккези, Н. Мохов, М. Палмер, Н. Пастроне, П. Сала, Л. Сестини и С. Стриганов (2020). «Детектор и физические характеристики лунного коллайдера» . Журнал приборостроения . 15 (5): P05001. arXiv : 2001.04431 . Бибкод : 2020JInst..15P5001B . дои : 10.1088/1748-0221/15/05/P05001 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Началось исследование CERN Courier Muon-collider
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Гибни, Элизабет (8 августа 2022 г.). «Физики элементарных частиц хотят построить первый в мире мюонный коллайдер» . Природа . 608 (7924): 660–661. Бибкод : 2022Natur.608..660G . дои : 10.1038/d41586-022-02122-y . ПМИД 35941386 .