Come realizzare un raggio di muoni

I muoni stanno vivendo un momento. Questo pesante cugino dell’elettrone ha fatto notizia nel 2021 quando i ricercatori hanno scoperto che le particelle si comportavano in modi inaspettati. I loro movimenti non sono stati previsti dal Modello Standard della fisica delle particelle, la nostra migliore teoria su come funziona il mondo subatomico.

L’asporto? O il muone è influenzato da una potenziale nuova particella o forza che si nasconde fuori dalla vista, oppure siamo pronti per imparare qualcosa di nuovo su una delle particelle o forze che già conosciamo e amiamo.

Solo il tempo lo dirà. Gli scienziati dell’esperimento Muon g-2, ospitato dal Fermi National Accelerator Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, continuano a raccogliere dati e basarsi sui risultati del 2021.

L’esperimento di precisione richiede lo studio del comportamento di miliardi di muoni. Le particelle circolano attraverso un anello di immagazzinamento magnetico di 50 piedi di diametro, fornendo dati su ciò che sta accadendo alle scale più piccole. Per produrre l’assoluta quantità di muoni richiesta, gli scienziati si rivolgono al complesso dell’acceleratore di particelle del Fermilab.

Per creare muoni, gli operatori acceleratori del Fermilab inviano trilioni di protoni attraverso una serie di macchine sofisticate, a cominciare dall’acceleratore lineare. Si alimenta nel Booster, che accelera i protoni da 400 megaelettronvolt a 8 gigaelettronvolt, vicino alla velocità della luce. Da lì, i protoni vengono diretti nel Recycler, dove il raggio viene tagliato a dadini in gruppi sperimentalmente utili chiamati grappoli.

Circa 10 volte al secondo (in media), i grappoli di protoni si schiantano contro un bersaglio fatto di lega di nichel. La collisione crea particelle chiamate pioni. Quando i pioni viaggiano verso la sala sperimentale, decadono in muoni e altre particelle subatomiche. Un ultimo giro di selezione delle particelle usando i magneti prepara il fascio di muoni, che viaggia lungo una linea di trasporto e nell’esperimento Muon g-2.

Mentre i muoni viaggiano nel campo magnetico dell’esperimento, interagiscono con particelle virtuali, entrando e uscendo dal vuoto non così vuoto dello spazio. Lo studio del comportamento dei muoni consente agli scienziati di testare rigorosamente il modello standard e vedere se i muoni interagiscono con qualcosa che non avevano previsto.

Il primo risultato di Muon g-2 ha esaminato 8 miliardi di muoni, solo il 6% del numero totale che l’esperimento esaminerà al Fermilab. I ricercatori stanno attualmente conducendo la loro quinta corsa sperimentale, con l’intenzione di cambiare le polarità di tutti i magneti sperimentali e iniziare a raccogliere dati il ​​prossimo anno utilizzando muoni di carica opposta.

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