Rewolucja w fizyce cząstek elementarnych: badacze z Heidelbergu gonią za nowymi rozpadami!

Rewolucja w fizyce cząstek elementarnych: badacze z Heidelbergu gonią za nowymi rozpadami!

Fizyka cząstek elementarnych wchodzi w ekscytującą fazę, ponieważ eksperyment Mu3e w Instytucie Paula Scherrera otrzymuje obecnie drugi okres finansowania. Fizycy z Heidelbergu są w znacznym stopniu zaangażowani w ten przełomowy projekt badawczy, którego celem jest uzyskanie głębszego wglądu w podstawowe prawa fizyki.

Głównym celem eksperymentu Mu3e jest zbadanie rozpadów antymionów na jeden elektron i dwa pozytony. Taki proces jest niezwykle mało prawdopodobny w Modelu Standardowym fizyki cząstek elementarnych, ponieważ zmienia liczbę leptonową. Jednak według aktualnych teorii, w tym supersymetrii, rozpad ten może występować częściej niż wcześniej sądzono. Naukowcy zamierzają przeanalizować ponad 10^16 rozpadów mionów, aby zebrać cenne dane na temat tych rzadkich zdarzeń.

Postęp technologiczny

Naukowcy z Heidelbergu poczynili przełomowy postęp w opracowywaniu technologii detektorów, które są niezbędne w eksperymencie Mu3e. W Instytucie Fizyki pod kierunkiem prof. Schöninga opracowano ultracienki detektor pikselowy krzemu, który z dużą precyzją rejestruje rozpad cząstek. Ponadto w Instytucie Fizyki Kirchhoffa zaprojektowano wysoko zaawansowany detektor do szybkiej rejestracji czasu z rozdzielczością czasową mniejszą niż 100 pikosekund.

Aby zapewnić wysoką czułość w poszukiwaniu niewykrytych wcześniej rozpadów, w oprzyrządowaniu detektora cząstek zastosowano najnowsze technologie. Detektor ma rozdzielczość przestrzenną lepszą niż 200 μm, rozdzielczość czasową mniejszą niż 100 ps i rozdzielczość energetyczną lepszą niż 0,5 MeV dla poszczególnych elektronów. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu detektorów półprzewodnikowych i włókien scyntylacyjnych, które pozwalają na precyzyjny pomiar rozpadów.

Wyniki finansowania firmy Rolls

Dzięki zatwierdzonym funduszom eksperyment Mu3e może zostać ukończony, a konstrukcja może zostać w pełni wdrożona. Pierwsze dane z eksperymentu spodziewane są w 2026 r., a pełne zbieranie danych powinno umożliwić najpóźniej w 2028 r. Oznacza to, że naukowcy będą w stanie wykryć rozpad lub ustalić górną granicę prawdopodobieństwa rozpadu na poziomie 10^(-16), co stanowi 10 000-krotną poprawę w porównaniu z poprzednimi eksperymentami.

Ponadto dofinansowanie obejmie także środki na prace rozwojowe nad drugim etapem rozbudowy eksperymentu, którego rozpoczęcie zaplanowano na około 2030 rok. Eksperyment Mu3e ma potencjał nie tylko przetestowania istniejących teorii fizyki cząstek elementarnych, ale także zbadania nowych cząstek jasnych ciemnych sektorów, takich jak ciemne fotony. Generując najintensywniejszą na świecie wiązkę mionów, przeprowadzona zostanie analiza dwóch miliardów rozpadów na sekundę, co ma ogromne znaczenie dla ekonomicznych i owocnych badań.

Trwająca działalność badawczo-rozwojowa w ramach eksperymentu Mu3e oferuje nie tylko nowe perspektywy dla fizyki cząstek elementarnych, ale także obiecujące perspektywy dla przyszłej nauki. Fizyk z Heidelbergu a partnerzy międzynarodowi, tacy jak Uniwersytet w Moguncji, Instytut Technologii w Karlsruhe oraz instytucje z Wielkiej Brytanii i Szwajcarii, odgrywają kluczową rolę. Mu3e dlatego też jest śledzony z dużym zainteresowaniem zarówno przez społeczność naukową, jak i szerszą opinię publiczną.