MACE是一项下一代实验,旨在捕捉缈子偶素转变为反物质对应体的过程,这一发现将改写粒子物理学的规则。针对该效应的上一次搜索结束于二十多年前,而MACE计划利用前沿的粒子束、靶材和探测器技术实现跨越式突破。若取得发现,将标志着存在作用于极端能量尺度的全新力或粒子。
研究团队解释道:“μ子素到反μ子素的转换是轻子领域新物理学的一个干净而独特的探针。与其他带电轻子味破坏过程不同,这种转换对本质上不同的ΔLℓ=2模型敏感,并能揭示其他实验无法触及的物理现象。”
将实验灵敏度推向新极限
关于μ子素转化为反μ子素的最新实验限制于1999年在瑞士保罗谢勒研究所确定。MACE的目标是将灵敏度提高一百倍以上,以探测低至O(10-13)量级的转换概率,从而远远超越这一结果。达到这一水平需要整个实验系统的进步,包括强大的表面μ子束、新开发的二氧化硅气凝胶靶以及能够进行极其精确测量的探测器。
团队表示:“我们的设计集成了先进的束流、μ子素产生靶和探测器技术,以从强大的背景中分离出信号。这使得MACE成为寻找轻子味破坏的最灵敏的低能实验之一。”
发现可能揭示什么
如果实验成功,它将使科学家能够探索能量尺度从10 TeV到100 TeV的新物理学,这一水平可与未来粒子对撞机预期达到的水平相媲美甚至超越。MACE还计划在初始的第一阶段运行,在此期间,它将以前所未有的灵敏度研究其他极其罕见的μ子素衰变过程和轻子味破坏事件,包括M→γγ和μ→eγγ。
MACE的影响超越了基础物理学。为实验开发的技术,如先进的μ子素产生靶、低能正电子传输系统和高分辨率探测器,也可能在材料科学和医学研究等领域找到应用。
加强全球粒子物理研究力量
MACE是以惠州重大研究设施为中心的更大规模科学推动的一部分,这些设施包括强流重离子加速器装置(HIAF)和加速器驱动嬗变研究装置(CiADS)。这些项目共同旨在将中国确立为高精度核物理和粒子物理领域的全球领导者。通过利用这些先进设施,MACE展示了基础研究如何推动技术进步和国际合作。
团队指出:“我们不仅仅是在建设一个实验;我们正在打开一扇通往自然法则的新窗户。MACE的每一个组成部分——从束流线到软件——都经过了优化,以探索可能重新定义我们对物质、对称性和宇宙本身理解的物理学。”