Läbimurre osakestefüüsikas sillutab teed maailma võimsaimale põrgutile ({{contentCtrl.commentsTotal}})

Müüonite põrgutamine oleks praegusest märksa kulutõhusam.
Müüonite põrgutamine oleks praegusest märksa kulutõhusam. Autor/allikas: Reidar Hahn/Fermilab

Elektronide raskemate kaksikvendade kallal töötavad füüsikud leidsid võimaluse müüonite jahutamiseks. Saavutusest võib tõusta kasu nii senisest odavamate osakestepõrgutite ehitamisel kui ka meditsiinis ja materjaliteaduses.

Näiteks küündib Šveitsi ja Prantsusmaa piiril tegutseva Suure Tuumaosakeste Põrguti järglase läbimõõt plaani kohaselt enam kui 30 kilomeetrini. Selle ehitamiseks võib kuluda enam kui 10 miljardit eurot.

"Põrgutame praegu kiirendites peamiselt prootone. Kuigi saame anda neile suure energia, on need liitosakesed. Sama hea oleks visata omavahel kokku osaliselt piljardikuulidega täidetud kotti. Uued osakesed tekivad vaid nn kuulide kokkupõrkel ja suurem osa energiast läheb lihtsalt kaotsi," selgitas töö üks juhtivautoritest Chris Rogers, STFC Rutherford Appletoni Laboratooriumi teadur ERR Novaatorile.

Sellest kulutõhusam oleks põrgutada omavahel elementaarosakesi nagu elektrone või positrone. Kõrgete energiate juures üritavad need aga neile antavast energiast koheselt vabaneda ja kiirgavad röntgenkiiri. Elektronidest enam kui 200 korda raskemate müüonitega seda probleemi ei teki.

"Oleme mõelnud seetõttu müüonkiirendite ehitamise peale viimased 60 aastat, kuid neist kasu lõikamiseks tuli lahendada esmalt mitu väljakutset," tõdes Rogers. Hakatuseks pole müüonid tänapäeva universumis stabiilsed ja lagunevad paari millisekundiga. Enne nende kiirendamist tuleb osakesed seega esmalt teistest osakestest luua.

Selleks põrgutatakse hulk kõrge energiaga prootone esmalt vastu paigalseisvat sihtmärki. Vallanduvast energiast tekivad müüonid. "Häda on selles, et tekkivad osakesed liiguvad kõigis võimalikes suundades. Nende ühes suunas kiirendamine on olnud väga raske. Isegi kui sellega lõpuks hakkama saame, on kiirekimp nii hajus, et enamik müüone lendavad kokkupõrkel üksteisest mööda," lisas Rogers.

Rogers nägi kolleegidega lahendust ioonjahutuses. Müüonid suunati läbi kergetest elementidest koosneva gaasi. Põrgutatavad osakesed andsid selle käigus osa energiast gaasi elektronidele. Kuigi idee käidi välja juba mõnikümmend aastat tagasi, oli selleks tarvilike magnetväljade tekitamine kuni viimaste kümnenditeni ülesaamatu väljakutse. Sobiliku temperatuurini jõudmiseks kuluva ajaga jõudsid osakesed juba laguneda.

Nüüd õnnestus MICE kollektiivil väljakutse lahendada. Aastatel 2012–2017 kogutud andmete analüüs võttis kaks aastat. "Langetasime müüonite temperatuuri vaid õige vähe ja kiirendisse ma neid ei paneks, kuid põhimõte on tõestatud ja edaspidi läheb kergemaks," kinnitas Rogers.

Temaga nõustus MICE kollektiiviga otseselt mitte seotud Andi Hektor, KBFI vanemteadur. "Tehnoloogia peaks töötama ka sellisel juhul, kui jahutuselemendid lihtsalt üksteise panna. Praegu oli nähtud efekt jahuti lühiduse tõttu hästi väike, kuid ma ei näe mingit põhjust, miks ei saaks seda lihtsalt pikendada," laiendas osakestefüüsik.

Jahutuselementide läbimine võtab osakestel vaid mõned nanosekundid. "See jätab müüonite kiirendamiseks küllaga aega. Kuigi need lagunevad mõne mikrosekundiga, liiguvad need sedavõrd kiiresti, et aeg hakkab aeglustuma ja meie poolt vaadatuna on nende eluiga umbes kümme tuhat korda pikem," lisas Hektor.

Rogers rõhutas, et tehnoloogiast võib tõusta kasu ka mujal. "Kosmiliste kiirte tõttu tekkivaid müüoneid on kasutatud näiteks Giza püramiidide siseehituse uurimiseks. Samas võtmes saaks valgustada senisest tõhusamalt läbi kaubalaadungeid. Müüoneid saab kasutada ka materjaliteaduses ainete magnetiliste omaduste uurimiseks," märkis füüsik. Samal põhimõttel saab kasutada osakesi meditsiiniuuringutes.

Kas aga esitletud saavutus aitab hoida kokku raha ka järgmise ja senistest võimsama osakestekiirendi ehitamisel? "Mõned inimesed on kärsitud ja tahaksid hakata kohe LHC-le järglast ehitama, kuid teine seltskond tahaks oodata paremate tehnoloogiate tulekut. Värske saavutus on läbimurre ja kui see müüoneid nii tõhusalt jahutada aitab, muudab see müüonkiirendeid palju atraktiivsemaks. Hinnavahe tuleks võrreldes praegu plaanituga ilmselt märkimisväärne," ennustas Hektor.

MICE kollektiivi uurimus ilmus ajakirjas Nature.

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: