Našistraživači iz Instituta za fiziku u Zemunu i sa Prirodno-matematičkog fakulteta u Novom Sadu učestvuju revolucionarnom eksperimentu sa „teškim elektronima”
Ugledni naučni časopis Nature objavio je revolucionarne rezultate međunarodnog eksperimenta sa mionima u kome su učestvovali i istraživači Instituta za fiziku u Beogradu. Rad pod nazivom Demonstration of cooling by the Muon Ionization Cooling Experiment, koji je objavljen 6. februara 2020, privlači pažnju medija i naučnih portala širom sveta. U pitanju je rezultat eksperimenta međunarodne kolaboracije MICE (Muon Ionization Cooling Experiment) kojim je prvi put pokazano da je moguće hladiti mione.
U radu koji potpisuju istraživači izviše zemalja, učestvovali su i dr Dimitrije Maletić, dr Dejan Joković i dr Mihailo Savić iz Instituta za fiziku u Beogradu. Uz njih, na eksperimentu su iz Srbije angažovani i dr Jovana Nikolov i dr Nikola Jovančević iz Departmana za fiziku Prirodno-matematičkog fakulteta u Novom Sadu.
Ove negativno naelektrisane elementarne čestice, koje se u žargonu nazivaju i „teškim elektronima” zbog svoje mase koja je oko 200 puta veća od mase elektrona, na Zemlji se mogu naći u kosmičkom zračenju. Upravo proučavanjem ovog zračenja su i otkriveni 1936. godine kada su američki fizičari Karl Anderson i Set Nedermejer u magnetnom polju uočili do tada nepoznate čestice koje se po svojoj masi nalaze između elektrona i potrona. Hlađenje miona predstavlja poseban izazov s obzirom na njihov životni vek koji traje dva milionita dela sekunde dok se ne raspadnu na elektron i dva neutrina.
Ilustracija (STFC M)
Za razliku od miona, upotreba snopova elektrona, protona ili jona rasprostranjena je u svim oblastima fizike, ali i u drugim naučnim disciplinama. Naime, konvencionalne tehnike hlađenja snopova čestica nisu mogle da se primene na mione sve dok međunarodna kolaboracija MICE nije preuzela na sebe zadatak da osmisli nov način. U radu koji potpisuju istraživači iz više zemalja, učestvovali su i dr Dimitrije Maletić, dr Dejan Joković i dr Mihailo Savić iz Instituta za fiziku u Beogradu. Uz njih, na eksperimentu su iz Srbije angažovani i dr Jovana Nikolov i dr Nikola Jovančević iz Departmana za fiziku Prirodno-matematičkog fakulteta u Novom Sadu.
Tim istraživača iz Instituta bio je pre svega uključen u merenja, koja su vršena u Ruterford Eplton laboratoriji u Velikoj Britaniji, koja čini samo jezgro eksperimenta, ali su se bavili i delovima istraživanja vršenim u našoj ustanovi u Zemunu. Tako su u Srbiji razvijali MICE softver i nadgledanje rekonstrucija eksperimentalnih podataka na distributivnim sistemima čime se i dalje bave. Osnovno pitanje do sada je bilo da li je moguće kanalisati dovoljan broj miona na malu zapreminu kako bi se proučavala fizika u novim sistemima. Ovaj eksperiment je razvio nov metod za njihovo hlađenje koji podrazumeva propuštanje ovih čestica kroz specijalno dizajniran material dok se snop fokusira superprovodnim magnetnim sočivima.
„Ovakav proboj u promeni igre učinjen je pre svega zahvaljujući entuzijazmu, posvećenosti i marljivom radu istraživača širom sveta”, izjavio je povodom objavljenog rada potparol eksperimenta profesor Ken Long sa londonskog Imperijal koledža. Eksperiment se prvobitno sastojao od šest planiranih koraka, ali je nakon četvrtog prekintu zbog izlaske Velike Britanije iz Evropske unije i evropskih fondova što je dovelo do promene planova. Međutim, rad na analizi dobijenih podataka se nastavlja pa se očekuje objavljivanje novih radova.
„Tehnika koja je u ovom istraživanju dala dobre rezultate dalje se može koristiti u eskperimentima za proizvodnju neutrina, ali i onima u kojima bi se mioni sudarali slično kao što su se u LEP akceleratoru, prethodniku Velikog hadronskog sudarača (LHC) sudarali elektorni i pozitroni. S obzirom na masu miona ovakvi sudarački eksperimenti će imati oko 50 milijardi puta manje gubitke energije pri ubrzanju nego u slučaju sudara elektrona, a biće i dosta jeftiniji”, objašnjava dr Dimitrije Maletić iz Instituta za fiziku u Beogradu. „Osim toga, veća masa miona obezbeđuje im i jače sprezanje sa Higsovim bozonima, pa se očekuje da produkcija ,Božje čestice’ bude i do 50 hiljada puta veća nego prilikom sudara elektrona i pozitrona”, dodaje dr Maletić.
Istraživači MICE kolaboracije smatraju da je uspeh u jonizacionom hlađenju miona veliki korak ka stvaranju najmoćnijeg akceleratora koji bi mogao da zameni LHC i pruži bolje razumevanje elementarnih čestica. Osim toga, mioni mogu da se koriste za proučavanje atomske strukture materijala, kao katalizator za fuziju i za posmatranje kroz materijale kroz koje X zraci ne mogu da prođu. Okosnicu eksperimenta, koji je prepoznat i od strane CERN-a, čine istraživači iz Velike Britanije i Sjedinjenih Američkih Država, ali u njemu učestvuju i njihove brojne kolege iz drugih zemalja. Učešće Instituta za fiziku započelo je u februaru 2015. godine kada je na predlog predsednika Upravnog odbora, akademika Đorđa Šijačkog i dr Milorada Popovića iz Fermilaba, angažovana grupa istraživača Niskofonske laboratorije za nuklearnu fiziku.
Originalni rad u časopisu NATURE: Demonstration of cooling by the Muon Ionization Cooling Experiment
(Izvor IFIZ)
