Gli scienziati hanno dimostrato una tecnologia chiave per rendere possibili gli acceleratori di particelle ad alta energia di prossima generazione.

Gli acceleratori di particelle sono usati per sondare la composizione della materia in collisori come il Large Hadron Collider, e per misurare la struttura chimica dei farmaci, trattamento dei tumori e produzione di microchip di silicio.

Finora, le particelle accelerate sono state protoni, elettroni e ioni, in fasci concentrati. Però, un team internazionale chiamato collaborazione Muon Ionization Cooling Experiment (MICE), che include ricercatori dell'Imperial College di Londra, stanno cercando di creare un raggio di muoni.

I muoni sono particelle come gli elettroni, ma con massa molto maggiore. Ciò significa che potrebbero essere utilizzati per creare fasci con dieci volte più energia del Large Hadron Collider.

I muoni possono essere utilizzati anche per studiare la struttura atomica dei materiali, come catalizzatore per la fusione nucleare e per vedere attraverso materiali molto densi che i raggi X non possono penetrare.

Successo di un passaggio cruciale

I MICE hanno annunciato oggi il successo di un passaggio cruciale nella creazione di un fascio di muoni:il raggruppamento dei muoni in un volume sufficientemente piccolo da rendere più probabili le collisioni. I risultati sono pubblicati oggi in Natura .

L'esperimento è stato condotto utilizzando la linea di fascio di muoni MICE presso la struttura ISIS Neutron and Muon Beam del Science and Technology Facilities Council (STFC) nell'Harwell Campus nel Regno Unito.

Professor Ken Long, dal Dipartimento di Fisica dell'Imperial, è il portavoce dell'esperimento. Ha detto:"L'entusiasmo, dedizione, e il duro lavoro della collaborazione internazionale e l'eccezionale supporto del personale di laboratorio dell'STFC e degli istituti di tutto il mondo hanno reso possibile questa svolta rivoluzionaria".

I muoni vengono prodotti rompendo un raggio di protoni contro un bersaglio. I muoni possono quindi essere separati dai detriti creati sul bersaglio e diretti attraverso una serie di lenti magnetiche. I muoni raccolti formano una nuvola diffusa, quindi quando si tratta di scontrarli, le probabilità che si colpiscano l'un l'altro e producano fenomeni fisici interessanti sono davvero basse.

Per rendere la nuvola meno diffusa, viene utilizzato un processo chiamato raffreddamento del fascio. Ciò comporta l'avvicinamento dei muoni e il movimento nella stessa direzione. Però, finora le lenti magnetiche potevano solo avvicinare i muoni, o farli muovere nella stessa direzione, ma non entrambi contemporaneamente.

Muoni di raffreddamento

La collaborazione MICE ha testato un metodo completamente nuovo per affrontare questa sfida unica, raffreddare i muoni facendoli passare attraverso materiali appositamente progettati per l'assorbimento di energia. Ciò è stato fatto mentre il raggio era focalizzato molto strettamente da potenti lenti magnetiche superconduttrici.

Dopo aver raffreddato il raggio in una nuvola più densa, i muoni possono essere accelerati da un normale acceleratore di particelle in una precisa direzione, rendendo molto più probabile la collisione dei muoni. In alternativa, i muoni freddi possono essere rallentati in modo da poterne studiare i prodotti di decadimento.

Dottor Chris Rogers, con sede presso la struttura ISIS di STFC e il coordinatore di fisica della collaborazione, ha spiegato:"MICE ha dimostrato un modo completamente nuovo di comprimere un fascio di particelle in un volume più piccolo. Questa tecnica è necessaria per realizzare un collisore di muoni di successo, che potrebbe superare anche il Large Hadron Collider."

"Dimostrazione di raffreddamento mediante l'esperimento di raffreddamento a ionizzazione di muoni" è pubblicato in Natura .