Experiment MICE. Kredit: Imperial College London.

Urychlovače částic se dnes používají nejen k prorážení hranic poznání, jako to dělá LHC v CERNu, ale také k mnoha dalším věcem. Paprsky urychlených částic zjišťují chemickou strukturu léků nebo rozmanitých materiálů, léčí nádory nebo třeba pomáhají s výrobou mikročipů. Soudobé urychlovače přitom obvykle urychlují protony, elektrony nebo ionty, v koncentrovaných paprscích.

Experiment MICE, čili „Myšky“ (Muon Ionization Cooling Experiment) hledí do budoucnosti. Pracují na vývoji urychlovačů nové generace, které by urychlovaly miony. To jsou záporně elektrické nabité leptony, elementární částice, které mají blízko k elektronům. Jsou ale mnohem těžší než elektron, přibližně dvěstěkrát. V urychlovačích částic by miony mohly utvořit paprsky, jejichž energie bude desetkrát vyšší, nežli energie dosahované na LHC. Miony by také mohly posloužit k výzkumu atomární struktury materiálů, k analýze materiálů, co jsou tak husté, že jimi neprojde rentgenové záření, a také by mohly hrát roli při spouštění fúzních reakcí.

k

Příprava experimentu MICE. Kredit: Reidar Hahn / Fermilab.

Lidé experimentu MICE v těchto dnech ohlásili, že uspěli v klíčovém kroku vývoje technologie pro budoucí mionové urychlovače. Podařilo se jim nahnat miony do malého prostoru, což je zvyšuje pravděpodobnosti, že se miony při urychlování srazí. Taková technologie je nezbytná pro vytvoření funkčních paprsků mionů. Jejich výzkum publikoval časopis Nature.

Schéma experimentu MICE. Kredit: MICE Collaboration.

Miony vznikají, když paprsek protonů zasahuje speciální terč. Takto vytvořené miony je nutné oddělit od dalšího materiálu a nasměrovat pomocí magnetických čoček. Tím dojde k vytvoření oblaku mionů, který je ale velmi řídký. Když by se takové oblaky mionů srazily, tak by byla jenom velmi malá šance, že dojde ke srážce samotných mionů, při které by se mohlo objevit něco zajímavého pro částicové fyziky. K zahuštění oblaků mionů je možné využit proces „chlazení paprsku“ (beam cooling), při němž se miony dostanou navzájem blíž. Problém je v tom, že magnetické čočky není možné zároveň využívat ke chlazení paprsku mionů i jejich navádění stejným směrem.

Tým experimentu ICE vyzkoušel úplně nový postup pro chlazení paprsku mionů. Tento postup spočíval v tom, že nechali miony procházet speciálně navrženým materiálem, který absorbuje energii procházejících částic. Oblak mionů byl při procházení materiálem zároveň velmi přesně naváděný výkonnými čočkami ze supravodivých magnetů.

Poté, co dojde ke „zchlazení paprsku“ mionů a jejich zhuštění, tak je v zásadě možné prohnat takové paprsky mionů klasickým urychlovačem částic a nechat je srazit. Další možností je „zchlazené“ miony ještě více zpomalit a detailně studovat produkty jejich rozpadu. Mionový urychlovač, který by si mohl natřít na chleba dnešního šampiona LHC, je zase o něco blíž.

Literatura

Imperial College London 5. 2. 2020, Nature 578: 53–59.