フェルミ国立加速器研究所、ハドロン衝突を中止し、ミューオン衝突を検討

明日、フェルミ国立加速器研究所の研究者らは、テバトロン粒子加速器の最後の電源を切る予定で、これは一つの時代の終わりを告げるものである。しかし、一部の人々にとっては、いずれにしてもその時代は終わった。ハドロンも、昨シーズンのハンドバッグのように、脚光を浴びる時期は過ぎた。物理学の次のホットなトレンドはミューオンであり、クールな若者は皆それを知っている。フェルミ国立加速器研究所の物理学者たちが、国際物理学研究のゲームにおける次の動きとして、ミューオン衝突技術をすでに真剣に検討しているのはそのためである。

ゲームの現状はこうだ。アメリカは、90年代に超伝導超大型加速器に何百万ドルもつぎ込んだが、結局プロジェクトを中止し、失敗してしまった。これは、テバトロンに続く素粒子物理学の次のステップだったが、完成することはなかった。CERN が高出力素粒子物理学の使命を引き継ぎ、現在では LHC を所有しており、これは既知の宇宙で最大の物理学研究所となっている。

LHC は、テバトロンと同様に、ハドロン (陽子はハドロンの一種) を衝突させます。これらは基本粒子ではありませんが、より小さな亜原子粒子で構成されているため、衝突すると衝突エネルギーは構成するクォーク間で分割されます。基本粒子 (他の粒子で構成されておらず、すでに単一成分レベルにある粒子) を衝突させることができれば、より多くのエネルギーが直接衝突に投入され、さまざまなエキゾチック物質が生成されます。これはまさに物理学者が優れた衝突型加速器に求めていることです。

フェルミ国立加速器研究所の物理学者たちが最近ミューオンについて考えているのもそのためです。ここで面白いトリックがあります。ミューオンを粉砕するには、時間を少し曲げる必要があります。

ミューオンは電子に似ていますが、より重く、実際には約 200 倍重いです。これは、ミューオンを操作して衝突させようとしていることを考えると良いことです。しかし、ミューオンは非常に不安定で、寿命はわずか数マイクロ秒です。その後、ミューオンは崩壊して、あまり役に立たない他の物質になります。数マイクロ秒はそれほど長くはありませんが、相対性理論の法則を利用すれば、役に立つまで長く延ばすことができます。

仕組みは次のようになります。高エネルギー粒子の衝突によってミューオンが生成され、通常、ミューオンが生成した粒子にかなりのエネルギーが与えられます。つまり、ミューオンは、この粒子衝突から落ちた瞬間から非常に高速で移動しています。その後、ミューオンをつかんで光速に向かって少し加速すると、相対論的効果が発揮され始めます。ミューオンが光速に近づくと、周囲の加速器の時間枠と比較して、ミューオンの時間は遅くなります。そのため、この 2 マイクロ秒は、物理学者にとって意味のある寿命にまで伸びます。つまり、ミューオン 2 つを衝突させるのに十分な長さです。

これは複雑な技術だが実現可能であり、このような衝突型加速器はそれほど大きくなく、フェルミ国立加速器研究所の現在の敷地に収まる。そして、フェルミ国立加速器研究所は再び素粒子物理学の最先端に返り咲くことになるだろう。とはいえ、フェルミ国立加速器研究所が最先端から離れたことは一度もない。

ハドロン。2010 年のものですね。詳細は Ars をご覧ください。

アルス・テクニカ