Un team internazionale di ricercatori, affiliato con l'UNIST ha dimostrato per la prima volta il raffreddamento a ionizzazione dei muoni. Considerato un passo importante nella creazione di acceleratori di particelle più potenti, questo nuovo acceleratore di muoni dovrebbe fornire una migliore comprensione dei costituenti fondamentali della materia.

Questa svolta è stata realizzata dalla collaborazione Muon Ionization Cooling Experiment (MICE), che include molti scienziati britannici, così come il professor Moses Chung e il suo gruppo di ricerca presso la School of Natural Sciences dell'UNIST. I loro risultati sono stati pubblicati nella versione online di Natura il 5 febbraio, 2020.

"Siamo riusciti a realizzare il raffreddamento a ionizzazione muonica, una delle nostre maggiori sfide associate allo sviluppo di acceleratori di muoni, " dice il professor Chung. "Questo risultato è considerato particolarmente importante, in quanto potrebbe cambiare il paradigma dello sviluppo del collisore di leptoni che potrebbe sostituire la fabbrica di neutrini o il Large Hadron Collider (LHC)."

I muoni sono particelle naturali generate nell'atmosfera superiore della Terra da collisioni di raggi cosmici, e sono quindi considerati un acceleratore di particelle successivo per sostituire l'LHC. protoni, un tipo di adrone, sono principalmente utilizzati da LHC e partecipano a forti interazioni. leptoni, come l'elettrone e il muone, non sono soggetti all'interazione forte; piuttosto, interagiscono tramite la forza debole.

I muoni hanno una durata estremamente breve di due milionesimi di secondo. Sono prodotti rompendo un raggio di protoni in un bersaglio. Questi muoni formano una nuvola diffusa, il che significa che sono difficili da accelerare e c'è una bassa possibilità che si scontrino e producano fenomeni fisici utili. Per rendere la nuvola meno diffusa, è stato suggerito un processo noto come raffreddamento del fascio. Ciò comporta l'avvicinamento dei muoni e il movimento nella stessa direzione. Però, a causa della vita ultra breve dei muoni, è stato impossibile raffreddare la trave con i metodi tradizionali.

Per affrontare questa sfida, il team di collaborazione MICE è riuscito a incanalare i muoni in un volume sufficientemente piccolo tramite un metodo noto come raffreddamento a ionizzazione, che è stato precedentemente suggerito e sviluppato in schemi teoricamente attuabili negli anni '80.

I risultati dell'esperimento, effettuata utilizzando la linea di fascio di muoni MICE presso lo Science and Technology Facilities Council (STFC) ISIS Neutron and Muon Beam facility nell'Harwell Campus nel Regno Unito, mostra chiaramente che il volume dello spazio delle fasi occupato dal fascio di muoni può essere controllato tramite raffreddamento a ionizzazione, come previsto dalla teoria.