科学家展示了使下一代高能粒子加速器成为可能的关键技术。
粒子加速器用于大型强子对撞机等对撞机中的探测物质的组成，并用于测量药物的化学结构、治疗癌症和制造硅芯片。
到目前为止，加速的粒子是集中的质子、电子和离子。但是，一个名为μ子电离冷却实验（Muon Ionization Cooling Experiment，MICE）合作的国际团队正在努力制造μ子束，该团队包括伦敦帝国理工学院的研究人员。
μ子是一种带有一个单位负电荷、自旋为1/2的基本粒子。μ子与同属于轻子的电子和τ子具有相似的性质，人们至今未发现轻子具有任何内部结构。历史上曾经将μ子称为μ介子，但现代粒子物理学认为μ子并不属于介子。 每一种基本粒子都有与之对应的反粒子，μ子的反粒子是反μ子。
μ子是像电子一样的粒子，但具有更大的质量。这意味着它们可以用来产生比大型强子对撞机高十倍的能量的束。
μ子还可以用于研究材料的原子结构，作为核聚变的催化剂，并穿透X射线无法穿透的真正致密的材料。
成功的关键一步
MICE今天宣布，成功完成了创建μ子束的关键步骤，即将μ子束缚到足够小的体积内，以免发生碰撞。结果今天发表在《自然》上。
该实验是使用位于英国哈维尔校区的科学技术设施委员会（STFC）ISIS中子和μ子束设施中的MICE μ子束线进行的。
帝国理工大学物理系的Ken Long教授是该实验的发言人。他说：“国际合作的热情、奉献和辛勤工作以及STFC和世界各地研究所的实验室人员的出色支持使这种改变游戏规则的突破成为可能。”
μ子是通过将一束质子打到目标中而产生的。然后可以将μ子与目标处产生的碎片分离开，并引导它们通过一系列磁透镜。由于是从弥散的云中收集μ子，因此在碰撞它们时，它们相互碰撞并产生有趣的物理现象的机会确实很小。
为了减少云的扩散，使用了一种称为射束冷却的过程。这包括使μ子靠近并朝相同方向移动。但是，到目前为止，磁性透镜只能使μ子靠得更近，或者使它们沿相同的方向移动，而不能使二者同时进行。
冷却μ子
MICE协作组织测试了一种全新的方法来应对这一独特的挑战，即通过将它们放入特殊设计的吸能材料中来冷却它们。这是通过强大的超导磁性透镜将μ子束非常紧密地聚焦而完成的。
将μ子束冷却成更密的云之后，普通的粒子加速器可以在精确的方向上加速μ子，从而使μ子发生碰撞的可能性更大。或者，可以降低冷μ子的速度，以便研究其衰变产物。
属于STFC ISIS设施和合作伙伴的物理协调员的Chris Rogers博士解释说：“MICE展示了一种将粒子束压缩成较小体积的全新方法。这种技术对于成功制造μ子对撞机是必不可少的，而这种性能可能优于甚至大型强子对撞机。”
在《自然》杂志上发表了《通过μ子电离冷却实验进行冷却的演示》。
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