Poszukiwanie niemożliwego, czyli założenia eksperymentu MACE
Zespół z Uniwersytetu Sun Yat-sena oraz Instytutu Fizyki Współczesnej Chińskiej Akademii Nauk opublikował szczegółowy plan tego przedsięwzięcia. Dokumentacja została umieszczona na łamach Nuclear Science and Techniques. Zadanie, które postawili przed sobą fizycy, stoi na granicy wykonalności. Trzeba bowiem zaobserwować zjawisko, które teoretycznie nie ma prawa występować.
Czytaj też: Niczym latająca ciężarówka bez kierowcy. Chiny pokazują transport przyszłości
Mionium to ulotny atom, w którym zwykłe jądro zastąpiono dodatnio naładowanym mionem, a wokół niego krąży elektron. Żyje zaledwie mikrosekundy. Jego lustrzane odbicie, antymionium, zbudowane jest z antymaterii. Przejście z jednej formy w drugą łamałoby zasadę zachowania smaku leptonowego, jedną z podstawowych reguł rządzących mikroświatem. Ostatnie poważne próby zmierzenia tej przemiany pochodzą z końca ubiegłego wieku, więc technologia jest dziś na zupełnie innym poziomie.
Technologia na granicy możliwości
Ambicje są ogromne. Badacze chcą poprawić czułość pomiarów o czynnik sto w stosunku do poprzednich badań. Oznacza to zdolność do wychwycenia jednej przemiany na 10 bilionów atomów. Wyobraźmy to sobie jako poszukiwanie konkretnej, jednej książki we wszystkich bibliotekach Polski. Kluczem do sukcesu ma być potrójny system: niezwykle intensywna wiązka mionów, specjalny cel wykonany z aerożelu krzemionkowego, w którym tworzone będzie mionium oraz niebywale czuły detektor. Ma on wyłapywać charakterystyczny sygnał: parę cząstek powstającą przy rozpadzie antymionium. Realizacja tego planu to nie lada wyzwanie inżynieryjne.
Nasz projekt integruje zaawansowaną wiązkę, cel do produkcji mionium i technologię detektorów w celu izolowania sygnału od potężnych szumów tła – wyjaśnia zespół MACE
Gdyby pomiar się udał, dałby nam wgląd w procesy zachodzące przy energiach rzędu 10 do 100 teraelektronowoltów (TeV). To zakres, który chcą badać przyszłe, kolosalne i kosztowne zderzacze. MACE oferuje potencjalnie tańszą alternatywę.
Więcej niż jeden cel
Eksperyment nie ogranicza się do jednego pomiaru. W swojej pierwszej fazie ma też szukać innych rzadkich i teoretycznie zakazanych procesów, jak rozpad mionium na dwa fotony. Każde takie odkrycie byłoby sensacją, podważającą obecne rozumienie fizyki. Technologie opracowywane dla MACE, takie jak systemy transportu pozytonów czy detektory o wysokiej rozdzielczości, mogą znaleźć zastosowanie poza laboratorium, na przykład w zaawansowanej diagnostyce medycznej.
Czytaj też: Kiedy fizyka spotyka patelnie. Takiej rewolucji byle naczynia w kuchni nikt się nie spodziewał
Cały projekt wpisuje się w szerszą strategię Chin, które intensywnie inwestują w dużą naukę. MACE ma działać w kompleksie w Huizhou, obok innych instalacji jak akcelerator ciężkich jonów HIAF. To wyraźny sygnał, że Państwo Środka chce odgrywać pierwszoplanową rolę w badaniach podstawowych. Pierwsze wyniki mogą nadejść w ciągu kilku najbliższych lat. Patrząc realistycznie, szanse na sukces są niewielkie – w końcu szukamy czegoś, co według modelu standardowego nie istnieje.