ИСТРАЖИВАЊА: Наши истраживачи у револуционарном експерименту са мионима

Угледни часопис Nature објавио је револуционарне резултате међународног експеримента са мионима у коме су учествовали и истраживачи Института за физику у Београду. Рад под називом Demonstration of cooling by the Muon Ionization Cooling Experiment, који је објављен 06. фебруара 2020, привлачи пажњу медија и научних портала широм света. У питању је резултат експеримента међународне колаборације MICE (Muon Ionization Cooling Experiment) којим је први пут показано да је могуће хладити мионе.

Ове негативно наелектрисане елементарне честице, које се у жаргону називају и “тешким електронима” због своје масе која је око 200 пута већа од масе електрона, на Земљи се могу наћи у космичком зрачењу. Управо проучавањем овог зрачења су и откривени 1936. године када су амерички физичари Карл Андерсон и Сет Недермејер у магнетном пољу уочили до тада непознате честице које се по својој маси налазе између електрона и потрона. Хлађење миона представља посебан изазов с обизом на њихов животни век који траје два милионита дела секунде док се не распадну на електрон и два неутрина.

За разлику од миона, употреба снопова електрона, протона или јона распрострањена је у свим областима физике, али и у другим научним дисциплинама. Наиме, конвенционалне технике хлађења снопова честица нису могле да се примене на мионе све док међународна колаборација MICE није преузела на себе задатак да осмисли нов начин.

У раду који потписују истраживачи из више земаља, учествовали су и др Димитрије Малетић, др Дејан Јоковић и др Михаило Савић са Института за физику у Београду. Уз њих, на експерименту су из Србије ангажовани и др Јована Николов и др Никола Јованчевић са Департмана за физику Природно-математичког факултета у Новом Саду.

Тим истраживача са Института био је пре свега укључен у мерења, која су вршена у Рутерфорд Еплтон лабораторији у Британији, која чини само језгро експеримента, али су се бавили и деловима истраживања који су вршени у нашој установи у Земуну. Тако су у Србији развијали MICE софтвер и надгледање реконструција експерименталних података на дистрибутивним системима чиме се и даље баве.

Основно питање до сада је било да ли је могуће каналисати довољан број миона на малу запремину како би се проучавала физика у новим системима. Овај експеримент је развио нов метод за њихово хлађење који подразумева пропуштање ових честица кроз специјално дизајниран материал док се сноп фокусира суперпроводним магнетним сочивима.

„Овакав пробој у промени игре учињен је пре свега захваљујући ентузијазму, посвећености и марљивом раду истраживача широм света“, изјавио је поводом објављеног рада потпарол експеримента професор Кен Лонг са лондонског Империјал колеџа.

Експеримент се првобитно састојао од шест планираних корака, али је након четвртог прекинту због изласке Велике Британије из Европске уније и европских фондова што је довело до промене планова. Међутим, рад на анализи добијених података се наставља па се очекује објављивање нових радова.

„Техника која је у овом истраживању дала добре резултате даље се може користити у ескпериментима за производњу неутрина, али и онима у којима би се миони сударали слично као што су се у LEP акцелератору, претходнику Великог хадронског сударача (LHC) сударали електорни и позитрони. С обзиром на масу миона овакви сударачки експерименти ће имати око 50 милијарди пута мање губитке енергије при убрзању него у случају судара електрона, а биће и доста јефтинији“, објашњава др Димитрије Малетић са Института за физику у Београду. “Осим тога, већа маса миона обезбеђује им и јаче спрезање са Хигсовим бозонима, па се очекује да продукција “Божје честице” буде и до 50 хиљада пута већа него приликом судара електрона и позитрона”, додаје др Малетић.

Истраживачи MICE колаборације сматрају да је успех у јонизационом хлађењу миона велики корак ка стварању најмоћнијег акцелератора који би могао да замени LHC и пружи боље разумевање елементарних честица. Осим тога, миони могу да се користе за проучавање атомске структуре материјала, као катализатор за фузију и за посматрање кроз материјале кроз које X зраци не могу да прођу.

Окосницу експеримента, који је препознат и од стране ЦЕРН-а, чине истраживачи из Велике Британије и Сједињених Америчких Држава, али у њему учествују и њихове бројне колеге из других земаља. Учешће Института започело је у фебруару 2015. године када је на предлог председника Управног одбора, академика Ђорђа Шијачког и др Милорада Поповића из Фермилаба ангажована група истраживача Нискофонске лабораторије за нуклеарну физику.

 

Оригинални рад у часопису NATURE: Demonstration of cooling by the Muon Ionization Cooling Experiment

Фотографије: STFC MICE & Fermilab, US DOE