美國 Fermilab 的研究人員最近將 Mu2e 的最後一個子探測器移入實驗廳，這標誌著該合作項目向前邁出了重要一步。Mu2e，即 μ 子轉電子實驗，是一項在美國 Fermilab 進行的粒子物理實驗。當這項實驗完成後，Mu2e 將尋找一種罕見的 μ 子轉換，該轉換可能揭示超越標準模型的物理證據。
在 11 月，這項由美國能源部費米國家加速器實驗室主辦的 Mu2e 實驗達成了一個重要里程碑，合作團隊將一個關鍵組件——跟踪器，從 Fermilab 校園移進 Mu2e 廳。Mu2e 的聯合發言人 Bob Bernstein 表示，這是 Mu2e 的一個重大時刻。我們很快就能開始觀察從宇宙射線穿過所有探測器所產生的第一條粒子軌跡。
研究人員指出，儘管粒子物理的標準模型是科學家對宇宙運作的最佳解釋，但它未能解釋暗物質和暗能量等現象。因此，科學家們正在尋找新物理學的證據。Mu2e 將尋找 μ 子直接轉換為電子的過程，而不產生中微子。根據新聞稿，科學家們已知這種假設的 μ 子轉電子轉換將極其罕見，發生的頻率低於每 1 兆次 μ 子衰變一次。
μ 子是一種與電子同屬一個家族的亞原子粒子：帶電輕子。標準模型規定，當 μ 子衰變成電子時，還會產生兩個中微子。但物理學家相信，帶電輕子之間可能會直接轉換。Mu2e 的跟踪器項目經理 Brendan Kiburg 表示，強度前沿實驗的一個關鍵是設計一個能夠快速觀察過程的實驗，然後重複這個過程數十億甚至數兆次。
為了處理如此多的 μ 子，Mu2e 採用了獨特的曲線設計。該實驗由三個磁鐵組成。第一個磁鐵被稱為生產螺線管，這裡是 μ 子產生的地方。隨後的運輸螺線管將這些 μ 子送入探測螺線管，該螺線管將安放 Mu2e 的子探測器。μ 子在這裡會遇到一個鋁目標，在目標中被停止、捕獲，並可能經歷這一假設的 μ 子轉電子轉換。
根據發布的信息，所產生的次級粒子將首先遇到稱為跟踪器的第一個子探測器。Kiburg 表示，Mu2e 的跟踪器設計相當有趣，因為我們希望跟踪器內部沒有任何質量，以避免干擾我們試圖檢測的粒子。這一設計還能幫助實驗過濾掉不在正確能量範圍內的粒子。
研究人員強調，當電子進入探測螺線管時，磁場將迫使粒子螺旋運動。如果電子的動量過低，螺旋會過緊，這樣它將無法接觸到跟踪器，子探測器也將無法與其互動。但動量較高的粒子更有可能在所需能量範圍內，並能螺旋進入探測器的核心，從而產生信號。Mu2e 的聯合發言人 Stefano Miscetti 表示，得益於這一精密的檢測系統，我們可以精確重建候選粒子的動量。因此，如果我們說此次事件是僅僅一個電子，那麼就毫無疑問我們觀察到的就是一個電子。
現在，跟踪器已經與 Mu2e 廳中的能量計和宇宙射線排除器結合，實驗可以開始將這三個子探測器整合到一起，並透過 Mu2e 的數據採集系統進行讀取。