Японские физики ускорили положительные мюоны от тепловых энергий до 100 кэВ радиочастотным резонатором

В ходе эксперимента MUSE японским физикам удалось ускорить положительные мюоны до 100 кэВ на ускорителе протонов J-PARC. Для этого они создавали ультрамедленные мюоны мультифотонной ионизацией атомов мюония и разгоняли их в высокочастотном квадруполе. Отчет о работе доступен на портале препринтов arXiv.org.

Поток мюонов, рожденных при распаде $\backslash (\backslash pi\backslash )$-мезонов, направлялся на мишень из кремниевого аэрогеля ($\backslash (\backslash text\{SiO\}\_\{2\}\backslash )$) толщиной 8 мм, обе стороны которой облучали импульсным лазером. Часть мюонов при этом замедлялась в мишени, формируя атомы мюония ($\backslash (\backslash mu^\{+\}e^\{-\}\backslash )$). Затем атомы мюония распадались под действием фотонов от лазера и охлажденные таким способом мюоны направлялись эклектическим полем в ускоритель. В качестве ускорителя физики использовали высокочастотный квадруполь длиной около двух метров, пиковой мощностью 2,6 кВт и частотой около 324 МГц. Ученые анализировали характеристики пучка при помощи горизонтального изгибающего магнита, микроканального анода и монитора профиля пучка, установленных после квадруполя в диагностической линии.

Эффективность охлаждения и экстракции мюонов была оценена в $\backslash (19\backslash )$ %, а потери мюонов в пучках -- в $\backslash (3\backslash )$ % за счет распадов мюонов. Поперечный нормированный эмиттанс ускоренных мюонов в горизонтальной и вертикальной плоскости составил $\backslash (0,85\backslash pi\backslash )$ и $\backslash (0,25\backslash pi\backslash )$ мм$\backslash (\backslash cdot\backslash )$мрад соответственно, что, по словам ученых, соответствует уменьшению фазового пространства на два порядка и демонстрирует хорошую эффективность ускорителя.

По мнению физиков, полученные результаты демонстрируют возможность создания мюонного ускорителя для исследования мюонов, а также для других задач физики.

Полный вариант статьи, а также о существующих исследованиях мюонов читайте в материалах научно-популярного издания N+1 в статьях «Физики ускорили положительные мюоны» и «Упавшие с неба» соответственно.