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 eksperimen baru menunjukkan partikel yang disebut muon dapat dibatasi 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 dibutuhkan untuk penumbuk muon, yang menandakan pergeseran ke arah penelitian fisika partikel berenergi tinggi yang lebih efisien.
Akselerator partikel paling dikenal untuk menubrukkan materi guna menyelidiki komposisinya, 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 percobaan sinar muon telah memperlihatkan bahwa salah satu teknologi kunci yang dibutuhkan bagi akselerator muon berhasil, membuka jalan bagi penumbuk muon untuk ditingkatkan skalanya lebih cepat daripada jenis akselerator lain yang menggunakan partikel berbeda.
Analisis ini dipimpin oleh Universitas Kekaisaran London para peneliti, sebagai bagian dari kolaborasi Eksperimen Pendinginan Ionisasi Muon (MICE), dan temuan mereka dipublikasikan hari ini (17 Juli) di Fisika Alam.
Sumber Neutron & Muon ISIS di Laboratorium Rutherford Appleton milik STFC di Inggris. Kredit: STFC
Penulis pertama studi ini, Dr. Paul Bogdan Jurj, dari Departemen Fisika di Imperial, mengatakan: “Bukti prinsip kami merupakan berita bagus bagi komunitas fisika partikel internasional, yang tengah merencanakan generasi akselerator berenergi tinggi berikutnya. Ini merupakan langkah penting menuju penumbuk muon yang dapat dipasang di lokasi yang sudah ada, seperti FermiLab di AS, tempat teknologi ini mulai diminati.”
Kekuatan Muon Collider
Akselerator partikel terkuat di dunia, yang dicontohkan oleh Large Hadron Collider (LHC), menghancurkan partikel yang disebut proton bersama-sama pada energi tinggi. Tabrakan ini menghasilkan partikel subatomik baru yang ingin dipelajari oleh fisikawan, seperti Higgs dan boson serta kuark 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 sangat besar dan waktu yang lama yang dibutuhkan untuk membangun penumbuk semacam itu telah mendorong beberapa fisikawan untuk mencari solusi lain. Salah satu solusi yang menjanjikan adalah penumbuk penghancur muon.
Penumbuk muon akan lebih kompak dan karenanya lebih murah, menghasilkan 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 mengumpulkan muon-muon di ruang yang cukup kecil, sehingga ketika mereka dipercepat, mereka membentuk berkas yang terkonsentrasi. Hal ini penting untuk memastikan bahwa 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 tersebut mengamati 'bentuk' berkas secara lebih rinci, dan seberapa banyak ruang yang ditempatinya. Dengan ini, tim tersebut dapat menunjukkan bahwa berkas tersebut menjadi lebih 'sempurna' saat mendingin: ukurannya mengecil, 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 milik 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 CERNIa berkata: “Ini adalah hasil penting yang menunjukkan kinerja pendinginan MICE dengan cara sejelas mungkin. Sekarang sangat penting bagi kita untuk meningkatkan skala ke langkah berikutnya, Muon Cooling Demonstrator, untuk menghadirkan muon collider sesegera mungkin.”
Referensi: “Pengurangan Emisi Transversal pada Sinar Muon melalui Pendinginan Ionisasi” 17 Juli 2024, Fisika Alam.
DOI: 10.1038/s41567-024-02547-4
NewsRoom.id
