Muoner er elementære partikler, der ligner elektroner, men de er tungere og forfaldne meget hurtigt (dvs. på bare et par mikrosekunder). At studere muoner kan hjælpe med at teste og forfine standarden for partikelfysik, samtidig med at de potentielt afslører nye fænomener eller effekter.
Indtil videre er genereringen af muoner i eksperimentelle omgivelser primært opnået ved hjælp af protonacceleratorer, som er store og dyre instrumenter. Muoner kan også stamme fra kosmiske stråler, stråler med højenergipartikler, der stammer fra det ydre rum, der kan kollidere med atomer i jordens atmosfære, hvilket producerer muoner og andre sekundære partikler.
Forskere ved China Academy of Engineering Physics (CAEP), Guangdong Laboratory, det kinesiske videnskabsakademi (CAS) og andre institutter introducerede for nylig en ny metode til at producere Muons i eksperimentelle omgivelser ved hjælp af en ultra-kort højintensitet laser.
Brug af denne metode, skitseret i et papir, der er offentliggjort i Naturfysikde opnåede et højt udbytte af muoner og nåede op til 0,01 muon pr. Indkommende elektron.
“Muons spiller en vigtig rolle i både grundlæggende fysisk forskning og anvendt fysisk forskning,” fortalte Yuqiu Gu, medforfatter til papiret, til LektieForum.
“Generelt kommer muoner fra kosmiske stråler eller protonacceleratorer. Førstnævnte er begrænset af en meget lav flux (mindre end 1/cm2/min), og sidstnævnte er begrænset af begrænsede faciliteter og høje driftsomkostninger. Fordeling af den hurtige udvikling af den kvitrede Pulse Amplification (CPA) -teknologi, der i øjeblikket er baseret på Laser Wakefield Acceleration (LWFA) -teknologien, kan elektroner accelereres til GEV -niveauet inden for et par centimeter. “
Udnyttelse af for nylig udviklede laserforstærkningsteknikker, Gu og hans kolleger forsøgte at generere muoner via interaktionen af højenergi-elektroner med et konverteringsmål. Deres nylige artikel er den første til at rapportere den succesrige generation af muoner i et laserlaboratorium.
“Interaktionen mellem elektroner med høj energi og konverteringsmålet er en meget kompleks proces, der involverer mange sekundære strålingsprocesser såsom gammastråler, neutroner, elektroner og så videre,” forklarede Gu.
“Da produktionstværsnittet af muoner ikke er højt, er det vanskeligt at bekræfte genereringen af muoner ved hjælp af et magnetisk spektrometer og andre metoder, og detektoren er tilbøjelig til at være mættet af de sekundære stråling.”
For at bekræfte, at partiklerne genereret af deres ultra-korte højintensitetslaser faktisk er muoner, var forskerne således nødt til at udtænke en alternativ tilgang, der ikke er afhængige af magnetiske spektrometre. I sidste ende var de i stand til at identificere muoner ved at måle deres Rest Decay -levetid (dvs. hvor længe de boede i hvile, før de forfaldne).
“På den ene side, fordi Muons har en levetid i mikrosekundområdet, kan de undgå indblanding af hurtige sekundære strålinger,” sagde Gu. “På den anden side er Muons (2,2 μs) levetid et unikt fysisk signal, som let kan skelnes fra andre utilsigtede sammenfaldsbaggrund.”
Det bevis-af-principeksperiment udført af Gu og hans kolleger opnåede meget lovende resultater.
Med deres foreslåede metoder var de i stand til at detektere levetidsspektret af de partikler, der blev genereret tydeligt, og det observerede spektrum er i overensstemmelse med den kendte levetid af Muons, hvilket bekræfter, at de faktisk producerede muoner.
“Vi genererede en Muon -kilde for første gang på en ny platform på et laserlaboratorium,” sagde Gu.
“Vi nåede et udbytte på 0,01 μ/e. Ved at tage dette eksperiment som et eksempel kan muonudbyttet nå 107 Muons pr. Skud. I de supplerende oplysninger til artiklen har vi yderligere estimeret udbyttet af overflade muoner og forfaldsmuoner under de aktuelle eksperimentelle forhold, og udbyttet forventes at nå 103/S MUONS.
“Denne nye type muon-kilde gør det muligt for små laserlaboratorier at udføre muon-relateret forskning (såsom højenergi muon radiografi, μSR, mixe osv.), Dermed reducerer tærsklen for Muon Application Research.”
Den nye tilgang, der blev udtænkt af dette team af forskere, kunne snart muliggøre en effektiv generation af muoner i mindre laboratorier, der er afhængige af laserteknologi. I fremtiden kunne det således åbne nye spændende muligheder for MUON-relateret forskning, som potentielt kunne give nye resultater og resultater.
“Dernæst vil vi først udføre en dybdegående forskning på energispektrumfordelingen og vinkelfordelingen af denne Muon-kilde,” tilføjede GU.
“Vi planlægger derefter at bruge denne Muon-kilde til at udføre undersøgelser som Muon Point Projection Radioography, All-Optical Muon Acceleration og Muon Nuclear Excitation et al.”