Les scientifiques ont fait la démonstration d'une technologie clé pour rendre possible la prochaine génération d'accélérateurs de particules à haute énergie.

Les accélérateurs de particules sont utilisés pour sonder la composition de la matière dans des collisionneurs comme le Large Hadron Collider, et pour mesurer la structure chimique des médicaments, le traitement des cancers et la fabrication de micropuces en silicium.

Jusque là, les particules accélérées ont été des protons, électrons et ions, en faisceaux concentrés. Cependant, une équipe internationale appelée la collaboration Muon Ionization Cooling Experiment (MICE), qui comprend des chercheurs de l'Imperial College de Londres, essaient de créer un faisceau de muons.

Les muons sont des particules comme les électrons, mais avec une masse beaucoup plus grande. Cela signifie qu'ils pourraient être utilisés pour créer des faisceaux avec dix fois plus d'énergie que le Grand collisionneur de hadrons.

Les muons peuvent également être utilisés pour étudier la structure atomique des matériaux, comme catalyseur de la fusion nucléaire et pour voir à travers des matériaux très denses que les rayons X ne peuvent pas pénétrer.

Succès d'une étape cruciale

Le MICE a annoncé aujourd'hui le succès d'une étape cruciale dans la création d'un faisceau de muons, en regroupant les muons dans un volume suffisamment petit pour que les collisions soient plus probables. Les résultats sont publiés aujourd'hui dans La nature .

L'expérience a été réalisée à l'aide de la ligne de faisceaux de muons MICE de l'installation ISIS Neutron and Muon Beam du Science and Technology Facilities Council (STFC) sur le campus de Harwell au Royaume-Uni.

Professeur Ken Long, du Département de physique de l'Impériale, est le porte-parole de l'expérience. Il a dit :« L'enthousiasme, dévouement, et le travail acharné de la collaboration internationale et le soutien exceptionnel du personnel de laboratoire du STFC et des instituts du monde entier ont rendu possible cette percée révolutionnaire. »

Les muons sont produits en brisant un faisceau de protons dans une cible. Les muons peuvent ensuite être séparés des débris créés sur la cible et dirigés à travers une série de lentilles magnétiques. Les muons collectés forment un nuage diffus, alors quand il s'agit de les heurter, les chances qu'ils se heurtent et produisent des phénomènes physiques intéressants sont vraiment faibles.

Pour rendre le nuage moins diffus, un processus appelé refroidissement par faisceau est utilisé. Cela implique de rapprocher les muons et de se déplacer dans la même direction. Cependant, jusqu'à présent, les lentilles magnétiques ne pouvaient que rapprocher les muons, ou les faire avancer dans la même direction, mais pas les deux à la fois.

Muons de refroidissement

La collaboration MICE a testé une toute nouvelle méthode pour relever ce défi unique, refroidir les muons en les faisant passer à travers des matériaux absorbant l'énergie spécialement conçus. Cela a été fait alors que le faisceau était très étroitement focalisé par de puissantes lentilles magnétiques supraconductrices.

Après avoir refroidi le faisceau dans un nuage plus dense, les muons peuvent être accélérés par un accélérateur de particules normal dans une direction précise, ce qui rend beaucoup plus probable la collision des muons. Alternativement, les muons froids peuvent être ralentis afin d'étudier leurs produits de désintégration.

Dr Chris Rogers, basé à l'installation ISIS de STFC et le coordonnateur de la physique de la collaboration, a expliqué : « MICE a démontré une toute nouvelle façon de comprimer un faisceau de particules dans un volume plus petit. Cette technique est nécessaire pour réussir un collisionneur de muons, qui pourrait surpasser même le grand collisionneur de hadrons."

"Demonstration of Cooling by the Muon Ionization Cooling Experiment" est publié dans La nature .