Anzeige
True muonium was first theorized more than 50 years ago, but until now no one had uncovered an unambiguous method by which it could be created and observed.
"We don't usually work in this area, but one day we were idly talking about how experimentalists could create exotic states of matter," says SLAC theorist Stanley Brodsky, who worked with Arizona State's Richard Lebed on the result. "As our conversation progressed, we realized 'Gee…we just figured out how to make true muonium.'"
True muonium is made of a muon and an anti-muon, and is distinguished from what's also been called "muonium" — an atom made of an electron and an anti-muon. Both muons and anti-muons are created frequently in nature when energetic particles from space — cosmic rays — strike the Earth's atmosphere. Yet both have a fleeting existence, and their combination, “true muonium,” decays naturally into other particles in a few trillionths of a second. This makes observation of the exotic atom quite difficult.
“The true muonium system is unique,” says Lebed, an associate professor in ASU’s Department of Physics in the College of Liberal Arts and Sciences.
“It’s the smallest possible atom whose physics is determined by electricity and magnetism, The same forces that hold ordinary atoms together; but it’s 100 times smaller,” Lebed says. “I was astonished to discover not only that no one has ever produced true muonium atoms, but moreover that the methods we proposed just off-the-cuff turned out to be both novel and immediately doable.”
In a paper published May 26 in Physical Review Letters — “Production of the Smallest QED Atom: True Muonium (µ+µ-) — Brodsky and Lebed describe two methods by which electron-positron accelerators could detect the signature of true muonium's formation and decay.
In the first method, an accelerator's electron and positron beams are arranged to merge, crossing at a glancing angle. Such a collision would produce a single photon, which would then transform into a single true muonium atom that would be thrown clear of the other particle debris. Because the newly created true muonium atoms would be traveling so fast that the laws of relativity govern, they would decay much slower than they would otherwise, making detection easier.
In the second method, the electron and positron beams collide head-on, producing a true muonium atom and a photon, tangled up in a cloud of particle debris. Yet simply by recoiling against each other, the true muonium and the photon would push one another out of the debris cloud, creating a unique signature not previously searched for.
"It's very likely that people have already created true muonium in this second way," Brodsky says. "They just haven't detected it."
In their paper, Lebed and Brodsky also describe a possible but more difficult means by which experimentalists could create “true tauonium,” a bound state of a tau lepton and its antiparticle. The tau was first created at SLAC's SPEAR storage ring, a feat for which SLAC physicist Martin Perl received the 1995 Nobel Prize in physics.
“Once you make some of these atoms, you can study their detailed structure using incredibly fast laser pulses,” says Lebed. “It makes for a truly natural interdisciplinary project combining particle physics, atomic physics and cutting-edge optics.”
Brodsky attributes their finding to a confluence of events: various unrelated lectures, conversations and ideas over the years, pieces of which came together suddenly during his conversation with Lebed.
"Once you pull all of the ideas together, you say 'Of course! Why not?' That's the process of science — you try to relate everything new to what you already know, creating logical connections," Brodsky says.
Now that those logical connections are firmly in place, Brodsky says he hopes that one of the world's colliders will perform the experiments he and Lebed describe, asking, "Who doesn't want to see a new form of matter that no one's ever seen before?"
SLAC National Accelerator Laboratory is a multi-program laboratory exploring frontier questions in photon science, astrophysics, particle physics and accelerator research. Located in Menlo Park, California, SLAC is operated by Stanford University for the U.S. Department of Energy Office of Science.
SOURCES:
Richard Lebed, Richard.Lebed@asu.edu
Stanley Brodsky, sjbth@slac.standford.edu
Carol Hughes | Quelle: Newswise Science News
Weitere Informationen: www.asu.edu
Weitere Berichte zu: anti-muons > Atom > cosmic ray > earth's atmosphere > Photon > photon science > positron beams > Science TV > SLAC > Sparks > tiny atom > Tiny plants > True muonium
Trennung von Blutzellen im Mikrofluss
24.05.2012 | Universität Augsburg
Nomads of the Galaxy
24.05.2012 | Kavli Foundation
Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.
Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.
„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...
Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.
Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.
Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...
Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.
Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.
Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...
Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen
Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...
Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.
Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.
Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...
Anzeige
Anzeige

Energieversorger vor dem Umbruch
24.05.2012 | Studien Analysen
Stem-cell-growing surface enables bone repair
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit
24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie
NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten
Wissenschaft und Öffentlichkeit
24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten