Muon g-2 elektromagneten vid Fermilab, redo att ta emot en stråle av myonpartiklar. Ringen genererar ett anmärkningsvärt enhetligt magnetfält med vilket forskare kommer att studera myonens egenskaper i jakten på oupptäckta partiklar och krafter. Kredit:Reidar Hahn/Fermilab
Vad får du när du återupplivar en vacker 20 år gammal fysikmaskin, transportera den försiktigt 3, 200 mil över land och hav till sitt nya hem, och sedan använda den för att undersöka konstiga händelser i ett magnetfält? Förhoppningsvis får du nya insikter om elementarpartiklarna som utgör allt.
Muon g-2-experimentet, ligger vid det amerikanska energidepartementets (DOE) Fermi National Accelerator Laboratory, har börjat sitt sökande efter dessa insikter. Den 31 maj, den 50 fot breda supraledande elektromagneten i centrum av experimentet såg sin första stråle av myonpartiklar från Fermilabs acceleratorer, startar ett treårigt försök att mäta precis vad som händer med dessa partiklar när de placeras i ett fantastiskt exakt magnetfält. Svaret skulle kunna skriva om forskarnas bild av universum och hur det fungerar.
"Muon g-2-experimentets första stråle signalerar verkligen starten på ett viktigt nytt forskningsprogram vid Fermilab, en som använder myonpartiklar för att leta efter sällsynta och fascinerande anomalier i naturen, " sa Fermilab-direktör Nigel Lockyer. "Efter år av förberedelser, Jag är glad över att se detta experiment börja sitt sökande på allvar."
Att komma till denna punkt var en lång väg för Muon g-2, både bildligt och bokstavligt. Den första generationen av detta experiment ägde rum vid det amerikanska DOE:s Brookhaven National Laboratory i delstaten New York i slutet av 1990-talet och början av 2000-talet. Målet med experimentet var att exakt mäta en egenskap hos myonen - partiklarnas precession, eller vingla, i ett magnetfält. Slutresultatet var överraskande, antyder förekomsten av tidigare okända fantompartiklar eller krafter som påverkar myonens egenskaper.
Det nya experimentet på Fermilab kommer att använda laboratoriets intensiva stråle av myoner för att definitivt svara på frågorna som Brookhaven-experimentet väckte. Och eftersom det skulle ha kostat 10 gånger mer att bygga en helt ny maskin i Brookhaven istället för att flytta magneten till Fermilab, Muon g-2-teamet transporterade det stora, bräcklig supraledande magnet i ett stycke från Long Island till Chicagos förorter sommaren 2013.
Magneten tog en pråm söderut runt Florida, uppför Tennessee-Tombigbee vattenvägar och Illinois River, och kördes sedan på en specialdesignad lastbil över tre nätter till Fermilab. Och tack vare en GPS-driven karta online, den samlade tusentals fans under sin resa, vilket gör den till en av de mest välkända elektromagneterna i världen.
"Att få hit magneten var bara halva striden, sa Chris Polly, projektledare för Muon g-2-experimentet. "Sedan den kom, teamet här på Fermilab har jobbat dygnet runt med att installera detektorer, bygga ett kontrollrum och, för det senaste året, justering av det magnetiska fältets enhetlighet, som måste vara exakt känd till en aldrig tidigare skådad nivå för att få någon ny fysik. Det har varit mycket jobb, men nu är vi redo att komma igång på riktigt."
Det arbetet har inkluderat skapandet av en ny strållinje för att leverera en ren stråle av myoner till ringen, installation av en mängd instrumentering för att mäta både magnetfältet och myonerna när de cirkulerar inom det, och en årslång process av att "shimsa" magneten, föra in små metallbitar för hand för att forma magnetfältet. Fältet som skapas av magneten är nu tre gånger mer enhetligt än det som skapades vid Brookhaven.
Under de närmaste veckorna kommer Muon g-2-teamet att testa utrustningen som är installerad runt magneten, som kommer att lagra och mäta myoner för första gången på 16 år. Senare i år, de kommer att börja ta data av vetenskaplig kvalitet, och om deras resultat bekräftar den anomali som först sågs vid Brookhaven, det kommer att innebära att den eleganta bilden av universum som forskare har arbetat med i decennier är ofullständig och att nya partiklar eller krafter kan finnas där ute, väntar på att bli upptäckt.
"Det är en spännande tid för hela laget, och för fysik, sa David Hertzog vid University of Washington, medtalesman för Muon g-2-samarbetet. "Magneten har fungerat, och fungerar fantastiskt bra. Det kommer inte att dröja länge förrän vi har våra första resultat och en bättre utsikt genom fönstret som Brookhaven-experimentet öppnade för oss."