Wat krijg je als je een prachtige 20 jaar oude fysica-machine nieuw leven inblaast, vervoer het voorzichtig 3, 200 mijl over land en zee naar zijn nieuwe thuis, en het dan gebruiken om vreemde gebeurtenissen in een magnetisch veld te onderzoeken? Hopelijk krijg je nieuwe inzichten in de elementaire deeltjes waaruit alles bestaat.

Het Muon g-2-experiment, gevestigd in het Fermi National Accelerator Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), is de zoektocht naar die inzichten begonnen. Op 31 mei, de 50 voet brede supergeleidende elektromagneet in het midden van het experiment zag zijn eerste bundel muondeeltjes van Fermilab's versnellers, het startschot voor een driejarige inspanning om te meten wat er precies met die deeltjes gebeurt wanneer ze in een verbluffend nauwkeurig magnetisch veld worden geplaatst. Het antwoord zou het beeld van wetenschappers van het universum en hoe het werkt kunnen herschrijven.

"De eerste straal van het Muon g-2-experiment markeert echt de start van een belangrijk nieuw onderzoeksprogramma bij Fermilab, een die muondeeltjes gebruikt om zeldzame en fascinerende anomalieën in de natuur te zoeken, " zei Fermilab-directeur Nigel Lockyer. "Na jaren van voorbereiding, Ik ben opgewonden om te zien dat dit experiment zijn zoektocht serieus begint."

Om op dit punt te komen was een lange weg voor Muon g-2, zowel figuurlijk als letterlijk. De eerste generatie van dit experiment vond eind jaren negentig en begin jaren 2000 plaats in het Brookhaven National Laboratory van het Amerikaanse DOE in de staat New York. Het doel van het experiment was om één eigenschap van het muon precies te meten:de precessie van de deeltjes, of wiebelen, in een magnetisch veld. De eindresultaten waren verrassend, hint naar de aanwezigheid van voorheen onbekende fantoomdeeltjes of krachten die de eigenschappen van het muon beïnvloeden.

Het nieuwe experiment bij Fermilab zal gebruik maken van de intense bundel muonen van het laboratorium om de vragen die het Brookhaven-experiment opriep definitief te beantwoorden. En aangezien het 10 keer meer zou hebben gekost om een ​​volledig nieuwe machine in Brookhaven te bouwen in plaats van de magneet naar Fermilab te verplaatsen, het Muon g-2-team vervoerde die grote, fragiele supergeleidende magneet uit één stuk van Long Island naar de buitenwijken van Chicago in de zomer van 2013.

De magneet nam een ​​boot naar het zuiden rond Florida, langs de Tennessee-Tombigbee-waterweg en de Illinois-rivier, en werd vervolgens gedurende drie nachten op een speciaal ontworpen vrachtwagen naar Fermilab gereden. En dankzij een GPS-aangedreven kaart online, het verzamelde duizenden fans tijdens zijn reis, waardoor het een van de meest bekende elektromagneten ter wereld is.

"De magneet hier krijgen was slechts het halve werk, " zei Chris Polly, projectmanager van het Muon g-2 experiment. "Sinds het aankwam, het team hier bij Fermilab heeft de klok rond gewerkt om detectoren te installeren, het bouwen van een controlekamer en, voor het afgelopen jaar, het aanpassen van de uniformiteit van het magnetische veld, die tot op een ongekend niveau nauwkeurig bekend moet zijn om nieuwe fysica te verkrijgen. Het is veel werk geweest, maar we zijn nu klaar om echt aan de slag te gaan."

Dat werk omvatte de creatie van een nieuwe bundellijn om een ​​zuivere bundel muonen aan de ring te leveren, de installatie van een groot aantal instrumenten om zowel het magnetische veld als de muonen te meten terwijl ze erin circuleren, en een jaar lang proces van "shimming" van de magneet, met de hand kleine stukjes metaal inbrengen om het magnetische veld te vormen. Het veld dat door de magneet wordt gecreëerd, is nu drie keer uniformer dan het veld in Brookhaven.

In de komende weken zal het Muon g-2-team de apparatuur testen die rond de magneet is geïnstalleerd, die voor het eerst in 16 jaar muonen gaat opslaan en meten. Later dit jaar, ze zullen gegevens van wetenschappelijke kwaliteit gaan gebruiken, en als hun resultaten de anomalie bevestigen die voor het eerst werd gezien in Brookhaven, het zal betekenen dat het elegante beeld van het universum waar wetenschappers al tientallen jaren aan werken onvolledig is en dat er nieuwe deeltjes of krachten kunnen zijn, wachten om ontdekt te worden.

"Het is een spannende tijd voor het hele team, en voor natuurkunde, " zei David Hertzog van de Universiteit van Washington, co-woordvoerder van de Muon g-2 samenwerking. "De magneet heeft gewerkt, en werkt fantastisch goed. Het zal niet lang meer duren voordat we onze eerste resultaten hebben en een beter zicht hebben door het raam dat het Brookhaven-experiment voor ons opende."