Επανάσταση στη σωματιδιακή φυσική: Οι ερευνητές της Χαϊδελβέργης κυνηγούν νέες διασπάσεις!

Επανάσταση στη σωματιδιακή φυσική: Οι ερευνητές της Χαϊδελβέργης κυνηγούν νέες διασπάσεις!

Η σωματιδιακή φυσική αντιμετωπίζει μια συναρπαστική φάση, καθώς το πείραμα Mu3e στο Ινστιτούτο Paul Scherrer υποστηρίζεται τώρα με μια δεύτερη περίοδο χρηματοδότησης. Οι φυσικοί της Χαϊδελβέργης συμμετέχουν σημαντικά σε αυτό το πρωτοποριακό ερευνητικό έργο, το οποίο στοχεύει να αποκτήσει βαθύτερες γνώσεις για τους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής.

Ένας κεντρικός στόχος του πειράματος Mu3e είναι να διερευνήσει τις διασπάσεις των αντιμιονίων σε ένα ηλεκτρόνιο και δύο ποζιτρόνια. Μια τέτοια διαδικασία είναι εξαιρετικά απίθανη στο Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων επειδή αλλάζει τον αριθμό των λεπτονίων. Ωστόσο, σύμφωνα με τις τρέχουσες θεωρίες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων από την υπερσυμμετρία, αυτή η αποσύνθεση μπορεί να συμβεί πιο συχνά από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Οι ερευνητές σκοπεύουν να αναλύσουν περισσότερες από 10^16 διασπάσεις μιονίων για να συλλέξουν πολύτιμα δεδομένα σχετικά με αυτά τα σπάνια συμβάντα.

Τεχνολογικές εξελίξεις

Οι επιστήμονες της Χαϊδελβέργης έχουν σημειώσει πρωτοποριακή πρόοδο στην ανάπτυξη τεχνολογιών ανιχνευτών που είναι απαραίτητες για το πείραμα Mu3e. Ένας εξαιρετικά λεπτός ανιχνευτής pixel πυριτίου αναπτύχθηκε στο Ινστιτούτο Φυσικής υπό τη διεύθυνση του καθηγητή Schöning, ο οποίος καταγράφει τα σωματίδια διάσπασης με μεγάλη ακρίβεια. Επιπλέον, ένας εξαιρετικά ανεπτυγμένος ανιχνευτής για γρήγορη καταγραφή χρόνου με χρονική ανάλυση μικρότερη από 100 picoseconds σχεδιάστηκε στο Kirchhoff Institute for Physics.

Προκειμένου να διασφαλιστεί η υψηλή ευαισθησία στην αναζήτηση για προηγουμένως μη ανιχνευμένη διάσπαση, χρησιμοποιούνται οι πιο πρόσφατες τεχνολογίες στα όργανα του ανιχνευτή σωματιδίων. Ο ανιχνευτής έχει χωρική ανάλυση καλύτερη από 200 μm, χρονική ανάλυση μικρότερη από 100 ps και ενεργειακή ανάλυση καλύτερη από 0,5 MeV για τα μεμονωμένα ηλεκτρόνια. Αυτό γίνεται εφικτό με τη χρήση ανιχνευτών ημιαγωγών και ινών σπινθηριστή, που επιτρέπουν την ακριβή μέτρηση των διασπάσεων.

Τα αποτελέσματα των Rolls της χρηματοδότησης

Με τα εγκεκριμένα κεφάλαια, το πείραμα Mu3e μπορεί πλέον να ολοκληρωθεί και η δομή μπορεί να εφαρμοστεί πλήρως. Τα πρώτα δεδομένα από το πείραμα αναμένονται το 2026 και η πλήρης συλλογή δεδομένων θα πρέπει να είναι ενεργοποιημένη το αργότερο έως το 2028. Αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να ανιχνεύσουν την αποσύνθεση ή να βάλουν ένα ανώτατο όριο 10^(-16) στην πιθανότητα αποσύνθεσης, μια βελτίωση 10.000 φορές σε σύγκριση με προηγούμενα πειράματα.

Επιπλέον, η χρηματοδότηση θα περιλαμβάνει επίσης κεφάλαια για αναπτυξιακές εργασίες σε ένα δεύτερο στάδιο επέκτασης του πειράματος, το οποίο έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει γύρω στο 2030. Το πείραμα Mu3e έχει τη δυνατότητα όχι μόνο να δοκιμάσει υπάρχουσες θεωρίες σωματιδιακής φυσικής, αλλά και να διερευνήσει νέα, ανοιχτόχρωμα σωματίδια σκοτεινού τομέα όπως τα σκοτεινά φωτόνια. Με τη δημιουργία της πιο έντονης δέσμης μιονίων στον κόσμο, θα πραγματοποιηθεί μια ανάλυση δύο δισεκατομμυρίων διασπάσεων ανά δευτερόλεπτο, η οποία είναι τεράστιας σημασίας για την οικονομική και γόνιμη έρευνα.

Η συνεχιζόμενη δραστηριότητα έρευνας και ανάπτυξης στο πλαίσιο του πειράματος Mu3e όχι μόνο προσφέρει νέες προοπτικές για τη σωματιδιακή φυσική, αλλά και μια πολλά υποσχόμενη προοπτική για τη μελλοντική επιστήμη. Φυσικός της Χαϊδελβέργης και διεθνείς εταίροι όπως το Πανεπιστήμιο του Μάιντς, το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καρλσρούης και ιδρύματα από τη Μεγάλη Βρετανία και την Ελβετία διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο. Mu3e παρακολουθείται λοιπόν με μεγάλο ενδιαφέρον τόσο από την ερευνητική κοινότητα όσο και από το ευρύτερο κοινό.