Imagine electron (vezi aici cum a fost obținută)
Miuonii, particule elementare din modelul standard, s-ar putea transforma în electroni; cel puţin aşa susţin anumite teorii. Până la ora actuală însă nimeni nu a văzut o astfel de transformare! Proiectul Mu2e de la Fermilab, SUA, are obiectivul ambiţios de a îmbunătăţi precizia acestei căutări de 10.000 de ori!
» Citiți și: Cum se poate transforma o particulă elementară într-o altă particulă elementară
Modelul standard al fizicii particulelor elementare explică excelent ce se întâmplă cu materia „normală” – cea din care suntem făcuţi noi, stelele sau ecranul de pe care citiţi acest articol. Nu explică însă o serie de „mistere” ale universului, precum materia şi energia întunecate sau dacă există o versiune cuantică a gravitaţiei.
Din acest motiv au fost propuse mai multe teorii „dincolo” de modelul standard. Dacă aceste teorii sunt valabile ar trebui să măsurăm o serie de procese care nu pot avea loc în cadrul modelului standard. Printre acestea se numără şi aşa-numita transformare a miuonilor în electroni, în mod direct! Miuonii sunt particule din a doua familie a modelului standard – un fel de electroni (pentru că au aceeaşi sarcină electrică şi multe alte proprietăţi asemănătoare) cu masa însă de circa 200 de ori mai mare!
| Tabloul particulelor elementare | |
| BOSONII (particule cu spin întreg 0, 1...) |
FERMIONII (particule cu spin fracţional 1/2, 3/2...) |
|
Gravitonul Fotonul Bosonii slabi. Forţa slabă Gluonul. Forţa tare Bosonul Higgs
|
LEPTONI: Electronul Neutrinul electronic Miuonul Neutrinul Miuonic Tauonul Neutrinul Tauonic QUARCURI: Up Down Charm Strange Top Bottom |
Miuonii au o viaţă relativ scurtă; trăiesc circa două microsecunde, motiv pentru care pentru a-i studia se pot folosi ori razele cosmice care îi produc în atmosferă, ori acceleratoarele de particule.
Atât miuonii, cât şi electronii sunt însoţiţi în modelul standard în familia leptonilor de către neutrini – miuonici şi electronici. Pentru neutrini a fost observat un proces cuantic extrem de interesant: aşa-numita oscilaţie a neutrinilor – adică transformarea unui neutrino de un anumit tip într-unul de alt tip. De exemplu un neutrino miuonic se transformă într-un neutrino electronic (sau de tip tau – întrucât mai există şi a treia particulă în familia leptonilor: tau, însoţită de neutrino tău).
Dacă aşa stau lucrurile s-ar putea să oscileze şi electronii şi miuonii! Acest proces nu poate fi justificat însă în cadrul modelului standard şi din acest motiv mai multe experimente încearcă să vâneze o astfel de transformare!
Un experiment care va încerca să măsoare astfel de transformări ale miuonilor în electroni este Mu2e de la laboratorul Fermilab în SUA. Miuonii sunt produşi în cadrul unui accelerator, transportaţi şi studiaţi în experimentul Mu2e. Când miuonii cu sarcină electrică negativă ajung la ţintă din cadrul experimentului, pot avea loc două procese în cadrul modelului standard: miuonul este capturat de către nucleu, transformând un proton într-un neutron, proces în cadrul căruia ia naştere şi un neutrino miuonic, sau miuonul se poate dezintegra, emiţând un electron şi doi neutrini. Ar mai putea însă există un al treilea proces – cel interesant, vânat de către experiment: transformarea unui miuon într-un electron, fără nici un neutrino! Ar fi o revoluţie – care ne-ar arăta ce fel de teorie s-ar putea găsi dincolo de modelul standard.
Mu2e are capacitatea de a efectua măsurători de mare precizie – o precizie de zece mii de ori mai mare decât experimentele de până acum!
Întreaga structură a experimentului – de la accelerator la detector – este construită în mod special pentru acest scop şi sunt folosiţi magneţi superconductori care au o geometrie deosebită şi sunt construiţi într-o colaborare internaţională, între Italia, Japonia şi Statele Unite ale Americii.
Recent, primii şapte magneţi, fiecare cu o geometrie anume, magneţi care fac parte din linia de transport a solenoidului, au fost testaţi cu succes. Va urma asamblarea acestora, împreună cu testarea şi asamblarea părţii a doua a liniei de transport. Între timp până la sfârşitul lui 2023 va fi finalizata construcţia detectorului Mu2e – un sistem complex care este compus din mai multe tipologii diverse de detectoare de particule cu performanţe deosebite. În 2024, dacă totul merge bine, experimentul va fi gata de achiziţionat date, pentru a încerca identificarea transformării miuonilor direct în electroni.
Va fi extrem de interesant de văzut dacă acest proces va fi descoperit sau, dimpotrivă, se vor îmbunătăţi doar limitele pe care le impunem procesului şi deci inclusiv limitele asupra modelelor teoretice care prevăd existenţa acestei transformări.
