Temel fizik, imalat ve tıp gibi alanlardaki önemli parçacık hızlandırıcıları, daha yüksek enerji elde edebilen daha kompakt, daha ucuz sistemler sundukları için müonlara geçiyor.
Deneysel bulgular, bir tür parçacık olan müonların yüksek enerjili çarpışmalar için uygun demetler halinde hapsedilebileceğini göstererek yeni fiziğin kapılarını açmıştır.
Müon teknolojisindeki son gelişmeler, mevcut büyük ölçekli çarpıştırıcılar için daha küçük, daha ucuz ikameler sağlayarak parçacık hızlandırıcılarını kökten dönüştürme potansiyeline sahiptir. Son testler müon çarpıştırıcıları için gerekli teknolojileri kanıtladığından, daha yüksek enerjili, daha verimli parçacık fiziği araştırmalarına bir geçiş olmuştur.
Parçacık hızlandırıcıları en yaygın olarak çarpışmalar yoluyla maddenin bileşimini incelemekle ilişkilendirilse de, kanser tedavisinde, ilaç yapısının belirlenmesinde ve silikon mikroçiplerin üretiminde de kullanım alanı bulmaktadır.
Mevcut hızlandırıcılar proton, elektron ve iyon kullansa da, elektronların daha ağır kuzenleri olan müonları kullanan daha güçlü hızlandırıcılar bu alanı tamamen değiştirebilir. Daha küçük boyutları ve daha düşük maliyetleri nedeniyle müon hızlandırıcıları, aynı inşaat alanlarını paylaşırken mevcut çarpıştırıcılardan bile daha yüksek enerjiye ulaşabilir.
Bir müon ışını deneyi üzerinde yapılan yeni bir inceleme, müon hızlandırıcıları için gerekli olan çok önemli bir teknolojinin başarılı olduğunu kanıtladı. Bu da bir müon çarpıştırıcısının diğer parçacıkları kullanan hızlandırıcı türlerine kıyasla daha hızlı ölçeklendirilmesi olasılığına kapı açıyor.
Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) ortaklığının bir parçası olarak Imperial College London‘dan bilim insanlarının öncülüğünde gerçekleştirilen analizin sonuçları bugün (17 Temmuz 2024) Nature Physics dergisinde yayımlandı.
Imperial Institute of Physics’te fizikçi olan Dr. Paul Bogdan Jurj, “Prensip kanıtımız, yeni nesil yüksek enerjili hızlandırıcıları planlayan dünya çapındaki parçacık fiziği topluluğu için mükemmel bir haber” dedi. Teknolojiye ilginin artmakta olduğu ABD’deki FermiLab gibi mevcut lokasyonlarda yer alabilecek bir müon çarpıştırıcısı umut verici yeni bir yöndür ve bu, bu yönde atılmış önemli bir adımdır.
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcılarından biridir; protonları birbirine çarptırmak için son derece yüksek enerji kullanır. Bu çarpışmalarda Higgs ve diğer bozonlar ve kuarklar gibi yeni atom altı parçacıklar yaratılır ve fizikçilerin araştırma için ilgisini çeker.
Yüksek Enerjili Çarpışmalar Elde Edilmesi
Daha yüksek enerjili çarpışmalar elde etmek ve yeni fizik bulgularına ve uygulamalarına erişim sağlamak için çok daha büyük bir proton çarpıştırıcısı gerekecektir. 27 kilometrelik bir halka şekline sahip olan mevcut LHC’yi genişletmek için neredeyse 100 kilometrelik bir çarpıştırıcı planlanmıştır.
Ancak bazı fizikçiler, böyle bir çarpıştırıcıyı inşa etmek için gereken yüksek masraf ve uzun zaman nedeniyle alternatifler aramaktadır. Potansiyel olarak verimli yönler arasında müon çarpıştırıcıları bulunmaktadır.
Daha düşük boyutları ve daha düşük maliyetleri nedeniyle müon çarpıştırıcıları, 100 km’lik proton çarpıştırıcısıyla karşılaştırılabilir etkili enerjilere, ancak çok daha az bir alanda ulaşabilir. Ancak müonların yeterince sık çarpışmasını sağlamak için yeni teknolojilere ihtiyaç var.
Müonların hızlandırıldıklarında konsantre bir ışın oluşturacak kadar küçük bir alanda kümelenmelerini sağlamak en büyük engel olmuştur. Bunu yapmak, halkanın etrafında hızlandırılan karşıt müon demetiyle bir çarpışmayı garanti etmek için kritik önem taşıyor.
Geçmişte, MICE işbirliği bu tür bir ışını, muonları enerji emici malzemeler ve manyetik lenslerle ‘soğutarak’ yarattı ve ön analizlere göre bu, muonları ışının çekirdeğine etkili bir şekilde yönlendirdi.
Bu deneyin güncellenmiş çalışmasında ışının ‘şekli’ ve uzaysal doluluğunun daha kapsamlı bir incelemesi yapıldı. Bu sayede ekip, soğutmanın ışının boyutunu küçülterek ve müonların daha düzenli hareket etmesini kolaylaştırarak ışını daha “mükemmel” hale getirdiğini gösterdi.
Bu deney Birleşik Krallık Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi (STFC) ISIS Nötron ve Müon Işını tesisinde, özellikle de STFC Rutherford Appleton Laboratuvarında, MICE müon ışın hattı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Gösterilerin bir sonraki aşamasını inşa etmek için ekip şu anda Uluslararası Müon Çarpıştırıcı İşbirliği ile işbirliği yapmaktadır.
MICE İşbirliği ve Imperial Fizik Bölümü sözcüsü Profesör Ken Long’a göre, tekniği uygulamaya koyan daha büyük prototip hızlandırıcılarla ilerlemek konusunda kendimize güveniyoruz. Bu karar, son analizimizin gösterdiği kesin olumlu sonuca dayanmaktadır.
STFC’nin Oxfordshire’daki ISIS tesisinde görev yapan Dr. Chris Rogers şu anda CERN’deki Muon Çarpıştırıcısı için muon soğutma sisteminin geliştirilmesini denetliyor. Kendisi MICE analizinin ekip lideriydi. Bunun, MICE soğutma performansını mümkün olan en üst düzeyde gösteren önemli bir bulgu olduğunu belirtti. Müon çarpıştırıcısını hızlı bir şekilde size ulaştırmak istiyorsak, bir sonraki aşama olan Müon Soğutma Göstericisine geçmemiz gerekiyor.
Kaynak: SciTechDaily –
