Без колайдер, без бюджет на НАСА – китайски учени за първи път получиха мюони в лабораторни условия

Мюоните вече могат да се „произвеждат“ без милиарди – и това може да промени науката.

Мюоните са елементарни частици, подобни на електроните, но много по-тежки и нестабилни: те съществуват само няколко милионни части от секундата. Изследването на мюоните е важно за проверката на Стандартния модел на физиката и може да помогне за откриването на явления отвъд неговите граници. Последните изследвания на експеримента Muon g-2 вече подсказват за възможното съществуване на пета фундаментална сила. Но досега мюони можеха да се получават предимно само в лабораторни условия с помощта на обемисти и скъпи ускорители на протони.

Сега екип от китайски изследователи от няколко научни институции, включително Китайската академия по инженерна физика и Китайската академия на науките, предложи напълно нов начин за генериране на мюони: с помощта на ултракъс импулс на мощен лазер. Според статия в Nature Physics учените са постигнали висока ефективност от до 0,01 мюона на падащ електрон. Това е пробив в лазерните технологии във физиката на елементарните частици.

Основната идея на експеримента е да се насочат ускорените с лазер електрони върху специална мишена, където при взаимодействието трябва да се появят мюони. В същото време там се образуват много други частици – гама лъчи, неутрони, електрони, което затруднява записването на необходимите данни. Ето защо, за да потвърдят получаването на мюоните, учените са използвали нестандартен метод: те са измерили колко време живеят частиците преди да се разпаднат. При мюоните това е 2,2 микросекунди – уникален „пръстов отпечатък“, който позволява точното им разпознаване.

Резултатите са убедителни: спектърът на регистрираните разпади отговаря съвсем точно на известните характеристики на мюоните. Това означава, че екипът е успял за първи път в историята да създаде източник на мюони на базата на лазерна лаборатория. Новата техника потенциално може да генерира до 10 милиона мюона в рамките на един лазерен импулс и потенциално до хиляда мюона в секунда в стабилен режим.

Откритието проправя пътя за мюонни изследвания дори в малките лаборатории, които нямат достъп до гигантски ускорители. Това е особено важно за области като мюонната радиография, мюонната спектроскопия и индуцираното от мюони възбуждане на атомните ядра. В бъдеще учените планират да продължат да изучават енергийния спектър и ъгловите характеристики на произведените мюони и да ги използват за нови приложни и фундаментални експерименти.