Ett internationellt team av forskare, knuten till UNIST har för första gången demonstrerat joniseringskylning av myoner. Betraktas som ett stort steg för att skapa mer kraftfulla partikelacceleratorer, denna nya myonaccelerator förväntas ge en bättre förståelse av materiens grundläggande beståndsdelar.

Detta genombrott har genomförts av Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) samarbete, som inkluderar många brittiska forskare, samt professor Moses Chung och hans forskargrupp vid School of Natural Sciences vid UNIST. Deras resultat publicerades i onlineversionen av Natur den 5 februari, 2020.

"Vi har lyckats förverkliga myonjoniseringskylning, en av våra största utmaningar i samband med att utveckla myonacceleratorer, " säger professor Chung. "Denna prestation anses vara särskilt viktig, eftersom det kan förändra paradigmet för att utveckla leptonkollideren som kan ersätta Neutrino Factory eller Large Hadron Collider (LHC)."

Myoner är naturligt förekommande partiklar som genereras i jordens övre atmosfär av kosmiska strålkollisioner, och betraktas således som en efterföljande partikelaccelerator för att ersätta LHC. Protoner, en typ av hadron, används främst av LHC och de deltar i starka interaktioner. leptoner, som elektronen och myonen, är inte föremål för den starka interaktionen; snarare, de samverkar via den svaga kraften.

Myoner har en extremt kort livslängd på två miljondelar av en sekund. De produceras genom att krossa en stråle av protoner till ett mål. Dessa muoner bildar ett diffust moln, vilket innebär att de är svåra att accelerera och det finns en liten chans att de kolliderar och producerar användbara fysiska fenomen. För att göra molnet mindre diffust, en process som kallas strålkylning föreslogs. Detta innebär att man får muonerna närmare varandra och rör sig i samma riktning. Dock, på grund av den ultrakorta livslängden för myoner, det har varit omöjligt att kyla strålen med traditionella metoder.

För att tackla denna utmaning, MICE-samarbetsteamet lyckades kanalisera myoner till en tillräckligt liten volym via en metod som kallas joniseringskylning, som tidigare föreslogs och utvecklades till teoretiskt fungerande system på 1980-talet.

Resultaten av experimentet, utförd med hjälp av MICE muon beamline vid Science and Technology Facilities Council (STFC) ISIS Neutron och Muon Beam -anläggning på Harwell Campus i Storbritannien, visar tydligt att fas-rymdvolymen som upptas av myonstrålen kan styras via joniseringskylning, som förutspåtts av teorin.