Nuevos resultados experimentales muestran que partículas llamadas muones pueden combinarse en haces adecuados para colisiones de alta energía, allanando el camino para una nueva física.
Los aceleradores de partículas son más conocidos por colapsar la materia para probar su composición, pero también se usan para medir la estructura química de medicamentos, tratar el cáncer y fabricar microchips de silicio.
Los aceleradores actuales utilizan protones, electrones e iones, pero aceleradores más potentes que utilizan muones (el primo más pesado del electrón) tienen el potencial de revolucionar el campo. Los aceleradores de muones serían baratos y pequeños, por lo que podrían construirse en los mismos sitios que los colisionadores existentes y acceder a energías aún mayores.
Ahora, un nuevo análisis del experimento del haz de muones ha demostrado el éxito de una de las tecnologías clave necesarias para los aceleradores de muones. Esto allana el camino para una colisión de muones antes que otros tipos de aceleradores que utilizan diferentes partículas.
El análisis fue dirigido por investigadores del Imperial College de Londres, como parte de la colaboración del Experimento de enfriamiento por ionización de muones (MICE), y los resultados se publican hoy. Física de la naturaleza.
El primer autor del estudio, el Dr. Paul Bogdan George, del Departamento de Física de Imperial, dijo: “Nuestra prueba de principio es una gran noticia para la comunidad internacional de física de partículas, que está planificando la próxima generación de aceleradores de alta energía”. “Un avance significativo hacia la adquisición del colisionador de muones, que se encuentra en sitios existentes, como FermiLab en los Estados Unidos, donde hay un creciente entusiasmo por la tecnología”.
Potente acelerador de partículas
Los aceleradores de partículas más potentes del mundo, ejemplificados por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), aplastan partículas llamadas protones a altas energías. Estas colisiones crean nuevas partículas subatómicas que los físicos quieren estudiar, como el Higgs y otros bosones y quarks.
Para lograr colisiones de alta energía y tener acceso a nuevos descubrimientos y aplicaciones de la física, será necesario construir un colisionador de protones de gran tamaño. El LHC tiene forma de anillo con una circunferencia de 27 km y se planea construir un colisionador de unos 100 km.
Sin embargo, los considerables costes y el largo tiempo necesarios para construir un colisionador de este tipo hacen que algunos físicos estén buscando soluciones. Entre las rutas prometedoras se encuentran las colisiones que fragmentan los muones.
Los colisionadores de muones serían más compactos y, por tanto, más baratos, alcanzando energías efectivas tan altas como las propuestas por el colisionador de protones de 100 kilómetros en un espacio mucho más pequeño. Sin embargo, es necesario desarrollar tecnología para garantizar que los muones puedan colisionar con más frecuencia.
Municiones de clasificación
El mayor desafío es reunir los muones en un área lo suficientemente pequeña, de modo que cuando aceleren formen un haz concentrado. Esto es necesario para garantizar que choquen con el haz de muones que acelera alrededor del anillo en direcciones opuestas.
La colaboración MICE había producido previamente dicho haz utilizando lentes magnéticas y materiales absorbentes de energía para “enfriar” los muones. El análisis preliminar mostró que movió con éxito los muones hacia el centro del haz.
Un nuevo análisis del experimento examinó con más detalle la “forma” de la viga y cuánto espacio ocupaba. Con esto, el equipo pudo demostrar que el haz se volvía más “perfecto” mediante el enfriamiento: su tamaño se reducía y los muones viajaban de forma más ordenada.
El experimento se llevó a cabo utilizando la línea de luz de muones MICE en la Instalación de Haz de Muones y Neutrones ISIS del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC) en el Laboratorio STFC Rutherford Appleton en el Reino Unido. El equipo ahora está trabajando con la Colaboración Internacional del Colisionador de Muones para construir la siguiente fase de demostraciones.
El profesor Ken Long, portavoz de la colaboración MICE del Departamento de Física de Imperial, dijo: “El claro resultado positivo de nuestro nuevo análisis nos da la confianza para seguir adelante con prototipos de aceleradores más grandes que pongan la técnica en práctica”.
El Dr. Chris Rogers, con base en las instalaciones ISIS del STFC en Oxfordshire, dirigió el equipo de análisis MICE y ahora lidera el desarrollo del sistema de enfriamiento de muones para el Muon Collider en el CERN. Dijo: “Este es un resultado importante que demuestra claramente la eficiencia de enfriamiento de MICE. Ahora es importante que avancemos al siguiente paso, el Demostrador de enfriamiento de muones, para entregar el colisionador de muones lo antes posible”.
