物理学のために50フィートの磁石をアメリカ全土に輸送

昨年の夏、ヒッグス粒子が発見されて以来、素粒子物理学者たちは宇宙の仕組みを解明する新たな道を模索している。しかし、最も複雑な物理学実験には巨大な機械が必要で、これは高価で製作が難しい。ゼロから何かを製作するのではなく、国内有数の物理学研究所 2 か所が古い機器を再利用している。それを新しい場所に移すのは、それ自体が大掛かりな作業となるだろう。

シカゴ郊外にあるフェルミ国立加速器研究所は、かつては世界最強の粒子加速器の拠点だった。その名高いテバトロンが閉鎖された後、フェルミ研究所の科学者たちは未来をミューオンに求め始めた。ミューオンは負に帯電した亜原子粒子で、電子よりもはるかに重く、寿命が驚くほど短いなど、いくつかの理由で興味深い。ミューオンの寿命はわずか220万分の1秒だ。

ミューオンはコマのように揺れ、磁場の中に入ると回転し始める。この動き方は磁気回転行列と呼ばれ、物理学者に非常に興味深いことを教えてくれる。ブルックヘブン国立研究所では、物理学者がすでにミューオンを測定する装置を持っているので、フェルミ国立研究所の科学者たちは幸運だ。ただし、この装置は600トン、直径50フィートのリングで、極低温で冷却された磁石が付いているため、輸送するのは決して簡単ではない。

昨年秋にフェルミ国立加速器研究所を訪れた際、ミューオン g-2 と呼ばれる新しいミューオン実験のプロジェクト マネージャーであるクリス ポリーからこの装置について聞きました。彼は、ニューヨークからイリノイ州北部に巨大なミューオン リングを運ぶという見通しにまったく動揺していないようでした。何しろ、私たちには五大湖とミシシッピ川があるのですから。

今週、ブルックヘブンとフェルミ国立加速器研究所は、リングを船で運ぶ壮大な旅の計画を発表した。リングの巨大な電磁石は数度以上傾けたりねじったりすることができず、そうしないと内部の配線が修復不可能な損傷を受けるため、この旅は緊張を伴うものとなるだろう。リングは6月にニューヨーク港を出発し、東海岸を南下、フロリダを回り、メキシコ湾岸を北上し、7月までにミシシッピ川を遡上する。

イリノイ州に到着すると、リングはこの目的のために作られた特別なトラックに載せられる。昨年秋、フェルミ研究所の科学者たちは、リングが収まるかどうか確かめるために、州の高速道路の料金所を計測した。その時ポリーが私に言ったように、リングは収まる。クリアランスはわずか 4 インチ。交通渋滞を最小限に抑えるため、夜間に走行する。

宇宙船が到着すると、科学者たちはすべての部品を再び組み立て、粒子加速器を使ってミューオンを発生させ、宇宙船内でミューオンが飛び回る。「ミューオンにとっては、まるで捕獲用の囲いのようです。ミューオンは光の速さで動いているのです」とポリー氏は言う。

ミューオン g-2 は、ポリーが「非常に奇妙な世界」と呼ぶ、原子レベル以下のスケールで起こるいくつかの異常な量子効果を調べる。粒子は突然現れたり消えたりするが、重いミューオンはそれを誘い出すことができる。フェルミ国立加速器研究所の新しいミューオン キャンパスは、最終的にブルックヘブン ストレージ リングに届く新しいミューオン ビームを可能にする。リングは信じられないほど均一な磁場を生成するため、ポリーのような物理学者は粒子の奇妙な回転や、おそらく新しい物理学を見ることができる。

電子と同様に、ミューオンはレプトン族に属します。つまり、ミューオンは陽子や他のハドロンとは異なり、他の粒子で構成されていません。ハドロンが衝突すると、構成粒子に分解されます。一方、レプトンが衝突すると、衝突により多くのエネルギーが投入され、奇妙な物質状態が生じます。微小ミューオンは、フェルミ国立加速器研究所の将来にとって大きな部分を占めています。

ミューオン2-gは2016年にデータの採取を開始する予定だ。