O supercolisor mais poderoso do mundo já deu um grande salto à frente após a descoberta do feixe de múons

Os planos para construir o supercolisor mais poderoso já deram um grande salto à frente graças a um avanço no controle do feixe de múons. Se aperfeiçoado, o método pode aumentar a frequência de colisões de múons o suficiente para torná-los uma opção viável para experimentos de supercolisor.

Atualmente, supercolisores colidem prótons, elétrons ou íons para desvendar os segredos do universo, enquanto um colisor baseado em múons permitiria o estudo de colisões em energias muito mais altas. Ironicamente, tal dispositivo não seria apenas mais poderoso, mas também mais barato e fácil de construir, diferentemente dos supercolisores cada vez mais massivos já em uso.

Antes dessa descoberta, controlar múons provou ser particularmente desafiador. Para que um supercolisor funcione corretamente, os engenheiros precisam ter certeza de que as partículas subatômicas que eles usam realmente colidem. Agora, uma equipe de pesquisadores do Imperial College de Londres diz que descobriu um novo método de controlar múons que pode finalmente tornar realidade os sonhos de um supercolisor ultrapoderoso.

“Nossa prova de princípio é uma ótima notícia para a comunidade internacional de física de partículas, que está fazendo planos para a próxima geração de aceleradores de alta energia”, explicado Dr. Paul Bogdan Jurj, pesquisador do Departamento de Física do Imperial College e o primeiro autor de um artigo divulgando a descoberta da equipe. “É um desenvolvimento importante em direção à realização de um colisor de múons, que poderia se encaixar em locais existentes, como o FermiLab nos Estados Unidos, onde há um entusiasmo crescente pela tecnologia.”

Como os físicos usam um supercolisor para desvendar os segredos do universo

Embora os físicos teóricos do século XX sonhassem com um acelerador de partículas extremamente poderoso para ajudá-los a perscrutar as profundezas do mundo subatómico, o primeiro supercolisor do mundo, o Grande Colisor de Hádrons (LHC) na Suíça, não começou a conduzir experimentos até setembro de 2008. Quatro anos depois, a instalação em formato de donut, com 27 quilômetros de extensão, ganhou as manchetes mundiais quando os pesquisadores anunciaram a descoberta do Bóson de Higgs, anteriormente teórico.

Doze anos depois, encontrar a partícula subatômica que dá massa a outras partículas continua sendo a descoberta mais significativa feita pela instalação multibilionária. Há planos potenciais para construir um supercolisor maior, com quase 100 km de comprimento, mas essa instalação também está projetada para levar anos e custar imensas quantias de dinheiro. Além disso, como o atual LHC, essa instalação será limitada a colidir partículas subatômicas que são mais fáceis de controlar do que múons.

Notavelmente, um supercolisor que colide múons de alta energia seria menor e mais barato de construir e operar. A tecnologia também desbloquearia experimentos mais poderosos que não podem ser conduzidos nem mesmo no CERN, oferecendo aos físicos uma ferramenta do século XXI que não existe atualmente.

“Os colisores de múons seriam mais compactos e, portanto, mais baratos, atingindo energias efetivas tão altas quanto as propostas pelo colisor de prótons de 100 km em um espaço muito menor”, ​​explica o comunicado à imprensa anunciando o avanço experimental da equipe.

Como o controle de feixes de múons pode permitir experimentos mais poderosos

Para tornar um supercolisor baseado em múons uma realidade, a equipe do Imperial College analisou maneiras de controlar o fluxo de múons em um feixe de partículas. Às vezes chamado de muon-marshalling, esse processo provou ser extremamente difícil de ser alcançado, deixando pesquisadores anteriores incapazes de decifrar o código subatômico.

Resumido no diário Física da Naturezao método descoberto pelos pesquisadores do Imperial College envolve o uso de lentes magnéticas e materiais absorventes de energia para “resfriar” os feixes de múons. Pesquisas anteriores mostraram que resfriar os múons dessa forma tende a fazê-los se mover em direção ao centro do feixe.

Na nova pesquisa, a equipe estudou esse efeito mais de perto, avaliando o formato do feixe de múons em mais detalhes. Eles também estudaram quanto espaço o próprio feixe ocupava, um componente crucial ao tentar facilitar colisões de partículas.

Como esperado, esses experimentos, realizados na linha de luz de múons do Muon Ionization Cooling Experiment (MICE) na instalação de Feixes de Nêutrons e Múons do Science and Technology Facilitie