Akselerator partikel, yang penting dalam bidang seperti kedokteran, manufaktur, dan fisika fundamental, bergerak ke arah penggunaan muon, yang menjanjikan pengaturan yang lebih kecil dan lebih murah yang mampu mencapai energi yang lebih tinggi.
Hasil percobaan baru menunjukkan partikel yang disebut muon dapat dikekang menjadi sinar yang sesuai untuk tumbukan berenergi tinggi, membuka jalan bagi fisika baru.
Kemajuan dalam teknologi muon dapat merevolusi akselerator partikel, menawarkan alternatif yang lebih ringkas dan hemat biaya untuk penumbuk skala besar yang saat ini digunakan. Eksperimen terbaru telah menunjukkan teknologi utama yang diperlukan untuk penumbuk muon, yang menandakan pergeseran ke arah penelitian fisika partikel yang lebih efisien dan berenergi tinggi.
Akselerator partikel paling dikenal untuk menubrukkan materi guna menyelidiki susunannya, tetapi akselerator partikel juga digunakan untuk mengukur struktur kimia obat, mengobati kanker, dan memproduksi mikrochip silikon.
Akselerator saat ini menggunakan proton, elektron, dan ion, tetapi akselerator yang lebih kuat yang menggunakan muon – sepupu elektron yang lebih berat – memiliki potensi untuk merevolusi bidang ini. Akselerator muon akan lebih murah dan lebih kecil, sehingga dapat dibangun di lokasi yang sama dengan penumbuk yang ada sambil mengakses energi yang lebih tinggi.
Kemajuan dalam Teknologi Muon
Kini, analisis baru dari eksperimen muon-beam telah menunjukkan keberhasilan salah satu teknologi utama yang dibutuhkan untuk akselerator muon. Hal ini membuka jalan bagi penumbuk muon untuk ditingkatkan skalanya lebih cepat daripada jenis akselerator lain yang menggunakan partikel yang berbeda.
Analisis ini dipimpin oleh Universitas Imperial London peneliti, sebagai bagian dari kolaborasi Eksperimen Pendinginan Ionisasi Muon (MICE), dan temuannya dipublikasikan hari ini (17 Juli) di Fisika Alam.
Sumber Neutron & Muon ISIS di Laboratorium Rutherford Appleton STFC di Inggris. Kredit: STFC
Penulis pertama studi tersebut, Dr. Paul Bogdan Jurj, dari Departemen Fisika di Imperial, mengatakan: “Bukti prinsip kami merupakan berita bagus bagi komunitas fisika partikel internasional, yang tengah menyusun rencana untuk akselerator berenergi tinggi generasi berikutnya. Ini merupakan perkembangan penting menuju terwujudnya penumbuk muon, yang dapat dipasang di lokasi yang sudah ada, seperti FermiLab di Amerika Serikat, tempat teknologi ini semakin diminati.”
Kekuatan Muon Collider
Akselerator partikel terkuat di dunia, yang dicontohkan oleh Large Hadron Collider (LHC), menghancurkan partikel yang disebut proton pada energi tinggi. Tabrakan ini menghasilkan partikel subatom baru yang ingin dipelajari oleh fisikawan, seperti Higgs dan boson serta quark lainnya.
Untuk mencapai tumbukan berenergi lebih tinggi, dan mengakses penemuan dan aplikasi fisika baru, penumbuk proton yang jauh lebih besar perlu dibangun. LHC berbentuk seperti cincin dengan keliling 27 km, dan rencana telah disusun untuk membangun penumbuk sepanjang hampir 100 km.
Akan tetapi, biaya yang besar dan waktu yang lama yang dibutuhkan untuk membangun penumbuk semacam itu membuat beberapa fisikawan mencari solusi lain. Di antara jalan keluar yang menjanjikan adalah penumbuk yang menghancurkan muon.
Penumbuk muon akan lebih kompak dan karenanya lebih murah, mencapai energi efektif setinggi yang diusulkan oleh penumbuk proton 100 km dalam ruang yang jauh lebih kecil. Namun, pengembangan teknologi diperlukan untuk memastikan muon dapat ditumbukkan cukup sering.
Tantangan dan Solusi dalam Akselerasi Muon
Tantangan utamanya adalah membuat muon berkumpul di ruang yang cukup kecil, sehingga ketika mereka dipercepat, mereka membentuk berkas yang terkonsentrasi. Hal ini penting untuk memastikan mereka bertabrakan dengan berkas muon yang dipercepat di sekitar cincin dalam arah yang berlawanan.
Kolaborasi MICE sebelumnya menghasilkan sinar tersebut dengan menggunakan lensa magnetik dan bahan penyerap energi untuk ‘mendinginkan’ muon. Analisis awal menunjukkan bahwa hal ini berhasil menggeser muon ke arah pusat sinar.
Analisis baru dari percobaan ini mengamati ‘bentuk’ berkas secara lebih rinci, dan seberapa banyak ruang yang ditempatinya. Dengan ini, tim dapat menunjukkan bahwa berkas tersebut menjadi lebih ‘sempurna’ karena pendinginan: ukurannya berkurang, dengan muon bergerak dengan cara yang lebih teratur.
Hasil Menjanjikan dari Kolaborasi MICE
Percobaan ini dilakukan menggunakan garis sinar muon MICE di fasilitas ISIS Neutron and Muon Beam milik Science and Technology Facilities Council (STFC) di Laboratorium Rutherford Appleton STFC di Inggris. Tim tersebut kini bekerja sama dengan International Muon Collider Collaboration untuk membangun tahap demonstrasi berikutnya.
Juru bicara Kolaborasi MICE, Profesor Ken Long, dari Departemen Fisika di Imperial, mengatakan: “Hasil positif yang jelas yang ditunjukkan oleh analisis baru kami memberi kami keyakinan untuk terus maju dengan prototipe akselerator yang lebih besar yang menerapkan teknik ini dalam praktik.”
Dr. Chris Rogers, yang bertugas di fasilitas ISIS STFC di Oxfordshire, memimpin tim analisis MICE dan sekarang memimpin pengembangan sistem pendingin muon untuk Muon Collider di CERNDia berkata: “Ini adalah hasil penting yang menunjukkan kinerja pendinginan MICE dengan cara yang sejelas mungkin. Sekarang sangat penting bagi kita untuk meningkatkan skala ke langkah berikutnya, Demonstrator Pendingin Muon, untuk mengirimkan penumbuk muon sesegera mungkin.”
Referensi: “Pengurangan Emisi Transversal pada Sinar Muon melalui Pendinginan Ionisasi” 17 Juli 2024, Fisika Alam.
DOI: 10.1038/s41567-024-02547-4
RisalahPos.com Network
Related posts
# PARTNERSHIP
