Les muons sont des particules élémentaires qui ressemblent aux électrons, mais elles sont plus lourdes et se décomposent très rapidement (c'est-à-dire en quelques microsecondes). L'étude des muons peut aider à tester et à affiner la norme de la physique des particules, tout en dévoilant potentiellement de nouveaux phénomènes ou effets.
Jusqu'à présent, la génération de muons dans des contextes expérimentaux a été principalement réalisée en utilisant des accélérateurs de protons, qui sont des instruments grands et coûteux. Les muons peuvent également provenir des rayons cosmiques, des rayons de particules à haute énergie provenant de l'espace qui peuvent entrer en collision avec des atomes dans l'atmosphère terrestre, produisant des muons et d'autres particules secondaires.
Des chercheurs de la China Academy of Engineering Physics (CAEP), du Guangdong Laboratory, de la Chinese Academy of Sciences (CAS) et d'autres instituts ont récemment introduit une nouvelle méthode pour produire des muons dans des contextes expérimentaux, en utilisant un laser à haute intensité ultra-court.
En utilisant cette méthode, décrite dans un article publié dans Physique de la natureils ont atteint un haut rendement de muons, atteignant jusqu'à 0,01 muon par électron entrant.
« Les muons jouent un rôle important dans la recherche physique fondamentale et la recherche physique appliquée », a déclaré à Issues.fr Yuqiu Gu, co-auteur du journal.
« Généralement, les muons proviennent de rayons cosmiques ou d'accélérateurs de protons. Le premier est limité par un flux très faible (moins de 1 / cm2/ min), et ce dernier est limité par des installations limitées et des coûts d'exploitation élevés. Bénéficiant du développement rapide de la technologie d'amplification par impulsion (CPA), actuellement basé sur la technologie de l'accélération laser Wakefield (LWFA), les électrons peuvent être accélérés au niveau GEV à quelques centimètres. «
Tirant parti des techniques d'amplification laser récemment développées, Gu et ses collègues ont décidé de générer des muons via l'interaction d'électrons à haute énergie avec une cible de conversion. Leur article récent est le premier à signaler la génération réussie de muons dans un laboratoire laser.
« L'interaction entre les électrons à haute énergie et la cible de conversion est un processus très complexe, impliquant de nombreux processus de rayonnement secondaire tels que les rayons gamma, les neutrons, les électrons, etc. », a expliqué Gu.
« Étant donné que la section transversale de Muons n'est pas élevée, il est difficile de confirmer la génération de muons au moyen d'un spectromètre magnétique et d'autres méthodes, et le détecteur est sujet à être saturé par ces rayonnements secondaires. »
Pour confirmer que les particules générées par leur laser à ultra-short à haute intensité sont en effet des muons, les chercheurs ont donc dû concevoir une approche alternative qui ne s'appuie pas sur des spectromètres magnétiques. En fin de compte, ils ont pu identifier les muons en mesurant leur durée de vie de désintégration (c'est-à-dire combien de temps ils vivaient au repos avant de se décomposer).
« D'une part, parce que les muons ont une durée de vie dans la plage de microsecondes, ils peuvent éviter l'interférence des rayonnements secondaires rapides », a déclaré Gu. « D'un autre côté, la durée de vie des muons (2,2 μs) est un signal physique unique, qui peut être facilement distingué des autres antécédents de coïncidence accidentels. »
L'expérience de preuve de principe réalisée par Gu et ses collègues ont obtenu des résultats très prometteurs.
Avec leurs méthodes proposées, ils ont pu détecter le spectre à vie des particules générées clairement et le spectre observé est cohérent avec la durée de vie connue de muons, confirmant qu'ils ont en fait produit des muons.
« Nous avons généré une source de muon pour la première fois sur une nouvelle plate-forme dans un laboratoire laser », a déclaré Gu.
« Nous avons atteint un rendement de 0,01 μ / e. En prenant cette expérience à titre d'exemple, le rendement du muon peut atteindre 107 Muons par tir. Dans les informations supplémentaires à l'article, nous avons en outre estimé les rendements des muons de surface et des muons de désintégration dans les conditions expérimentales actuelles, et le rendement devrait atteindre 103/ s muons.
« Ce nouveau type de source de muon permet aux petits laboratoires laser de mener des recherches liées au muon (telles que la radiographie de muon à haute énergie, le μsr, le mixe, etc.), réduisant ainsi considérablement le seuil de recherche sur l'application de muon. »
La nouvelle approche conçue par cette équipe de chercheurs pourrait bientôt permettre la génération efficace de muons dans les petits laboratoires, en s'appuyant sur la technologie laser. À l'avenir, il pourrait ainsi ouvrir de nouvelles possibilités passionnantes pour la recherche liée au muon, ce qui pourrait potentiellement donner de nouveaux résultats et réalisations.
« Ensuite, nous effectuerons d'abord des recherches approfondies sur la distribution du spectre d'énergie et la distribution angulaire de cette source de muon », a ajouté Gu.
« Nous prévoyons ensuite d'utiliser cette source de muon pour effectuer des études telles que la radiographie de projection de Muon Point, l'accélération tout optique du muon et l'excitation nucléaire de muon et al. »
