Les dernières découvertes expérimentales révèlent que les particules appelées muons peuvent être rassemblées en faisceaux adaptés aux collisions à haute énergie, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles explorations en physique.
Les accélérateurs de particules les plus puissants au monde, comme le Large Hadron Collider (LHC), sont connus pour faire entrer en collision des protons à des énergies élevées. Ces collisions produisent de nouvelles particules subatomiques que les physiciens souhaitent étudier, comme le boson de Higgs et d’autres bosons et quarks.
Pour atteindre des collisions à plus haute énergie et accéder à de nouvelles découvertes et applications en physique, un accélérateur de protons beaucoup plus grand serait nécessaire. Le LHC, en forme d’anneau avec une circonférence de 27 km, pourrait être complété par un accélérateur de près de 100 km.
Néanmoins, les coûts considérables et le temps nécessaire pour construire un tel accélérateur poussent certains physiciens à explorer d’autres solutions. Parmi les pistes prometteuses figurent les accélérateurs qui feraient entrer en collision des muons.
Les muons en ligne de mire
Les accélérateurs de muons seraient plus compacts et donc moins coûteux, atteignant des énergies effectives aussi élevées que celles proposées par un accélérateur de protons de 100 km, mais dans un espace beaucoup plus restreint. Cependant, le développement technologique est nécessaire pour garantir que les muons puissent être fréquemment mis en collision.
La principale difficulté réside dans le fait de rassembler les muons dans un espace suffisamment réduit pour qu’ils forment un faisceau concentré lorsqu’ils sont accélérés. Cela est essentiel pour garantir qu’ils entrent en collision avec le faisceau de muons accéléré dans la direction opposée.
La collaboration MICE a précédemment produit un tel faisceau en utilisant des lentilles magnétiques et des matériaux absorbant l’énergie pour ‘refroidir’ les muons. L’analyse initiale a montré que cela déplaçait avec succès les muons vers le centre du faisceau.
La nouvelle analyse de cette expérience a examiné plus en détail la ‘forme’ du faisceau et l’espace qu’il occupait. Grâce à cela, l’équipe a pu démontrer que le faisceau était rendu plus ‘parfait’ par le refroidissement : sa taille était réduite, avec les muons voyageant de manière plus organisée.
Prochaines étapes
L’expérience a été réalisée en utilisant la ligne de faisceau de muons MICE au Science and Technology Facilities Council (STFC) ISIS Neutron and Muon Beam facility au STFC Rutherford Appleton Laboratory au Royaume-Uni. L’équipe travaille maintenant avec la International Muon Collider Collaboration pour construire la prochaine étape des démonstrations.
Le porte-parole de la collaboration MICE, le professeur Ken Long, du Département de physique à Imperial, a ajouté : « Le résultat positif clair montré par notre nouvelle analyse nous donne la confiance nécessaire pour aller de l’avant avec des prototypes d’accélérateurs plus grands qui mettent la technique en pratique. »
Le Dr Chris Rogers, basé à l’installation ISIS du STFC dans l’Oxfordshire, a dirigé l’équipe d’analyse MICE et dirige maintenant le développement du système de refroidissement des muons pour le Muon Collider au CERN. Il a déclaré : « Il s’agit d’un résultat important qui montre la performance de refroidissement de MICE de la manière la plus claire possible. Il est maintenant impératif que nous passions à l’étape suivante, le Muon Cooling Demonstrator, afin de livrer le collisionneur de muons dès que possible. »
Article : « Transverse Emittance Reduction in Muon Beams by Ionization Cooling » – DOI: 10.1038/s41567-024-02547-4
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