过去，大型强子对撞机发现全新的希格斯玻色子，圆满了标准模型，但其巅峰似乎止步于此，我们亟需更强大的工具来发现新粒子。努力了 20 年，科学家现在终于完成电离冷却实验产生珍贵缈子束，这是开发比强子对撞机还要更强大的“缈子对撞机”之必要步骤。
为了从最基本层面研究世间万物，物理学家们喜欢将高能量的粒子粉碎在一起，然后过滤撞击后的残骸，试图从中寻找衍生而出的新粒子，比如大型强子对撞机（LHC）在 2012 年发现了希格斯玻色子（Higgs boson）。然而当今最强大的粒子对撞机如 LHC，自那之后就不再发现其他新粒子，让科学家开始想打造更高能量的粒子加速器——碰撞能量越高，越可能发现更重的粒子。
于是乎，比 LHC 还要大 4 倍的新世代环状对撞机（Future Circular Collider，FCC）正如火如荼建造中。
只不过利用质子束对撞进行实验的 LHC、FCC 有个最大缺点：质子由称为夸克的较小粒子组成，每个夸克仅携带一小部分能量，在碰撞时容易丢失讯息，意即很难追踪是什么粒子与什么粒子碰撞、以及衍生什么粒子。
为了避开这个问题，有些对撞机选择利用电子与电子的反物质（正电子）来进行碰撞实验，只不过这也有个缺点：电子没有任何已知的内部结构，然而它们在改变方向时会产生辐射，这说明有效的电子粒子加速器必须又长又直，占地极广。
而缈子对撞机可以同时解决上述两种加速器的缺点。首先，缈子在粒子物理学标准模型中为基本粒子，与同属于轻子的电子具有相似性质，但质量约电子的 200 倍，并且改变方向时不会释放太多辐射，代表建造缈子对撞机的占地面积更小、成本更低。
▲ 缈子电离冷却实验。
只不过缈子对撞机也有属于自己的缺点：为了制造缈子，科学家需先将一束质子束撞击到目标中，产生其他会衰变并产生缈子的粒子，而缈子会从不同方向出现、能量也不一，然后在 2 微秒内又迅速衰变成其他粒子，因此要想对撞机中收集缈子，需将其快速冷却或引导成有序的形状，称为缈子冷却（Muon cooling）。
如今，进行了近 20 年的缈子电离冷却实验（Muon Ionization Cooling Experiment，MICE）终于有了确切进展。理论物理学家在 1970 年代末设计了电离冷却法，但难以落实，因为必须产生强大电磁场来加速所有缈子，多次重复此过程以产生缈子束，科学家直到 2000 年代初期才对这种设备产生兴趣，原因是：缈子会衰变成微中子，如果能收集缈子束，就能进一步研究几乎不与物质相互作用的神秘微中子。
在 MICE 最新合作实验中，科学家成功利用电离冷却法创造出缈子束，带我们看见开发更强大粒子加速器束的曙光，一旦电离冷却技术成熟，科学家有朝一日将能打造专门研究微中子的对撞机。
新论文发表在《自然》（Nature）期刊。
- Release the Muons! Physics Breakthrough Will Lead to a New Kind of Particle Collider
- A barrier to colliding particles called muons has been smashed
- Muon colliders come a step closer
- A Breakthrough on the Next Big Step to Building the World’s Most Powerful Particle Accelerator
（图片来源：UKRI）
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