Los científicos han demostrado una tecnología clave para hacer posible los aceleradores de partículas de alta energía de próxima generación.

Los aceleradores de partículas se utilizan para sondear la composición de la materia en colisionadores como el Gran Colisionador de Hadrones, y para medir la estructura química de las drogas, tratamiento de cánceres y fabricación de microchips de silicona.

Hasta aquí, las partículas aceleradas han sido protones, electrones e iones, en haces concentrados. Sin embargo, un equipo internacional llamado la colaboración Muon Ionization Cooling Experiment (MICE), que incluye investigadores del Imperial College de Londres, están intentando crear un haz de muones.

Los muones son partículas como electrones, pero con mucha mayor masa. Esto significa que podrían usarse para crear rayos con diez veces más energía que el Gran Colisionador de Hadrones.

Los muones también se pueden utilizar para estudiar la estructura atómica de materiales, como catalizador para la fusión nuclear y para ver a través de materiales realmente densos que los rayos X no pueden penetrar.

Éxito de un paso crucial

MICE ha anunciado hoy el éxito de un paso crucial en la creación de un haz de muones:acorralar los muones en un volumen lo suficientemente pequeño como para que las colisiones sean más probables. Los resultados se publican hoy en Naturaleza .

El experimento se llevó a cabo utilizando la línea de haz de muones MICE en las instalaciones de ISIS Neutron y Muon Beam del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología (STFC) en el campus de Harwell en el Reino Unido.

Profesor Ken Long, del Departamento de Física de Imperial, es el portavoz del experimento. Dijo:"El entusiasmo, Dedicación, y el arduo trabajo de la colaboración internacional y el destacado apoyo del personal de laboratorio en STFC y de los institutos de todo el mundo han hecho posible este avance revolucionario ".

Los muones se producen al romper un haz de protones contra un objetivo. Luego, los muones pueden separarse de los desechos creados en el objetivo y dirigirse a través de una serie de lentes magnéticos. Los muones recolectados forman una nube difusa, así que cuando se trata de chocar con ellos, las posibilidades de que se golpeen entre sí y produzcan fenómenos físicos interesantes son realmente bajas.

Para hacer la nube menos difusa, se utiliza un proceso llamado enfriamiento por haz. Esto implica acercar los muones y moverlos en la misma dirección. Sin embargo, Hasta ahora, las lentes magnéticas solo podían acercar los muones, o hacer que se muevan en la misma dirección, pero no ambos al mismo tiempo.

Muones de enfriamiento

MICE Collaboration probó un método completamente nuevo para abordar este desafío único, enfriar los muones pasándolos a través de materiales absorbentes de energía especialmente diseñados. Esto se hizo mientras el rayo estaba muy bien enfocado por poderosas lentes magnéticas superconductoras.

Después de enfriar el rayo en una nube más densa, los muones pueden acelerarse mediante un acelerador de partículas normal en una dirección precisa, haciendo que sea mucho más probable que los muones choquen. Alternativamente, los muones fríos pueden ralentizarse para poder estudiar sus productos de descomposición.

Dr. Chris Rogers, con sede en las instalaciones de ISIS de STFC y el Coordinador de Física de la colaboración, explicó:"MICE ha demostrado una forma completamente nueva de comprimir un haz de partículas en un volumen más pequeño. Esta técnica es necesaria para hacer un colisionador de muones exitoso, que podría superar incluso al Gran Colisionador de Hadrones ".

"Demostración de enfriamiento por el experimento de enfriamiento por ionización de muones" se publica en Naturaleza .