Een internationaal team van onderzoekers, aangesloten bij UNIST heeft voor het eerst de ionisatiekoeling van muonen aangetoond. Beschouwd als een belangrijke stap in het creëren van krachtigere deeltjesversnellers, deze nieuwe muonversneller zal naar verwachting een beter begrip geven van de fundamentele bestanddelen van materie.

Deze doorbraak is gerealiseerd door de Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) samenwerking, waaronder veel Britse wetenschappers, evenals professor Moses Chung en zijn onderzoeksteam in de School of Natural Sciences van UNIST. Hun bevindingen werden gepubliceerd in de online versie van Natuur op 5 februari, 2020.

"We zijn erin geslaagd om muon-ionisatiekoeling te realiseren, een van onze grootste uitdagingen in verband met de ontwikkeling van muonversnellers, ", zegt professor Chung. "Deze prestatie wordt als bijzonder belangrijk beschouwd, omdat het het paradigma van de ontwikkeling van de lepton-collider zou kunnen veranderen die de Neutrino-fabriek of de Large Hadron Collider (LHC) zou kunnen vervangen."

Muonen zijn van nature voorkomende deeltjes die in de bovenste atmosfeer van de aarde worden gegenereerd door botsingen met kosmische straling, en worden dus beschouwd als een vervolgdeeltjesversneller ter vervanging van de LHC. protonen, een soort hadron, worden voornamelijk gebruikt door de LHC en ze nemen deel aan sterke interacties. leptonen, zoals het elektron en het muon, zijn niet onderhevig aan de sterke interactie; liever, ze interageren via de zwakke kracht.

Muonen hebben een extreem korte levensduur van twee miljoenste van een seconde. Ze worden geproduceerd door een bundel protonen in een doelwit te slaan. Deze muonen vormen een diffuse wolk, wat betekent dat ze moeilijk te versnellen zijn en dat er een kleine kans is dat ze botsen en nuttige fysieke verschijnselen veroorzaken. Om de wolk minder diffuus te maken, een proces dat bekend staat als bundelkoeling werd voorgesteld. Dit houdt in dat de muonen dichter bij elkaar komen en in dezelfde richting bewegen. Echter, vanwege de ultrakorte levensduur van muonen, het was onmogelijk om de straal met traditionele methoden te koelen.

Om deze uitdaging aan te gaan, het MICE-samenwerkingsteam is erin geslaagd muonen in een voldoende klein volume te kanaliseren via een methode die bekend staat als ionisatiekoeling, die eerder werd gesuggereerd en ontwikkeld tot theoretisch bruikbare schema's in de jaren tachtig.

De resultaten van het experiment, uitgevoerd met behulp van de MICE muon-bundellijn bij de Science and Technology Facilities Council (STFC) ISIS Neutron and Muon Beam-faciliteit op de Harwell Campus in het VK, laat duidelijk zien dat het fase-ruimtevolume dat wordt ingenomen door de muonbundel kan worden geregeld via ionisatiekoeling, zoals voorspeld door de theorie.