费米国家加速器实验室凯特琳·布昂戈尔诺 最近，Mu2e实验接收并测试了七个超导单元，如图所示，它们构成了传输螺线管的第一部分
对工业生产的各个单元进行严格测试，确保它们满足实验所需的性能
信用:维托伦巴多，费米实验室 能源部费米实验室的μ2e实验的建设达到了一个重要的里程碑
实验磁体的一个关键部分，包括来自意大利、日本和美国的部件，已经通过了严格的测试，以确保每个磁体都满足实验所需的性能
这些磁铁是运输螺线管的一部分，它们将被拼接在一起，形成Mu2e项目的一个新部分
根据Mu2e项目经理罗恩·雷的说法，Mu2e项目总体上已经完成了80%
运行时，μ2e实验的灵敏度将达到之前寻求μ子直接转化为电子的实验灵敏度的10，000倍，以测试粒子物理中的一个基本对称性
为什么是μ子？ μ子可能是解开粒子物理学中一个令人困惑的谜团的关键
这个谜源于标准模型，或者更准确地说，源于标准模型中的漏洞
在20世纪后半叶，科学家发展了后来被称为物理学标准模型的东西
该模型将四种基本力中的三种——电磁力、弱力和强力——相互联系起来
它还对所有已知的基本粒子进行分类
但是从一开始，标准模型就没有解释某些现象
它不包括宇宙的第四种力量，重力，也没有解决由于暗能量或暗物质的存在而导致的宇宙加速膨胀
在粒子物理的标准模型中，μ子属于一个称为轻子的粒子家族(左下绿色网格的上一行)
每个轻子都有一个称为中微子的伙伴粒子(绿色网格的最下面一行)
与它们的伙伴不同，中微子缺乏电荷
科学家已经观察到中微子在它们的三种类型之间变化，他们有理由相信带电轻子也可能这样做
学分:费米实验室 那么介子是从哪里进来的呢？ 在标准模型中，μ子、电子和τ位于一个称为轻子的粒子家族中
每个轻子都有一个称为中微子的伙伴粒子:μ子中微子、电子中微子和τ中微子
与它们的伙伴不同，中微子缺乏电荷
科学家已经观察到中微子在它们的三种类型之间变化，他们有理由相信带电轻子也可能这样做
他们只需要正确的实验来找出答案
正确的实验 这就是Mu2e的用处
这个实验的长度大约是一个足球场的三分之一，在寻找μ子到电子的转换时，比之前一个类似的实验“辛德勒二号”要精确10000倍
与以前实验的一个关键区别是Mu2e的三个超导磁体系统系统:生产螺线管，运输螺线管和探测器螺线管
生产螺线管是产生μ子的地方
一束质子击中目标，相互作用最终产生μ子
在磁铁的帮助下，这些μ子沿着S形传输螺线管盘旋而下
传输螺线管是实验装置的关键部分，分为两半
μ子沿着弯曲走廊的前半段行进，在那里它们被电荷隔开
在螺线管的中点，他们遇到了一种特殊的装置，这种装置只允许带负电的μ子通过第二个弯曲部分
负μ子然后离开传输螺线管，进入下一个大磁铁，探测器螺线管
在那里，他们停止在第二个目标
就在这时，奇迹发生了——量子力学的奇迹
S形Mu2e传送螺线管分为两半
μ子沿着弯曲走廊的前半段行进，在那里它们被电荷隔开
在螺线管的中点，他们遇到了一种特殊的装置，这种装置只允许带负电的μ子通过第二个弯曲部分
负μ子然后离开传输螺线管，进入下一个大磁铁，探测器螺线管(右边的大圆筒)
在那里，他们停止在第二个目标
信用:Mu2e 根据标准模型，当一个负μ子击中一个目标时，只有两种情况会发生:要么μ子被原子核俘获，把一个质子变成一个中子，留下一个中微子，要么μ子衰变，发射一个电子和两个中微子
但是Mu2e正在寻找第三种选择:把一个μ子转变成一个电子，没有通常的中微子伙伴
对这一过程的观察将大大打破标准模型，证明一个带电轻子可以直接转化为另一个——这是一个理论化的过程，没有人见过
“我们在费米实验室做的是纯粹的研究，我们试图通过帮助人们理解宇宙和我们生活的世界来丰富人类的经验，”雷说
“最终，这一切都是为了通过填补一些我们知道存在的漏洞来完善标准模型的图景
" 运输螺线管的结构 实现这一切比听起来更困难，而运输螺线管是实验设计的重要组成部分，使它能够足够灵敏地观察这种罕见的现象(如果存在的话)
传输螺线管在几十年前首次被提出，以解决以前μ介子到电子转换实验的局限性
费米实验室是第一个将这一新颖想法完全实现的实验室
但是首先，所有的部分都需要在一起
最近，Mu2e接收并测试了构成传输螺线管第一部分的七个超导单元
对工业生产的各个单元进行严格测试，确保它们满足实验所需的性能
“对于这个项目，我们正在与分散在世界各地的行业合作，”维托伦巴多说，Mu2e运输螺线管经理
“超导电缆是这些磁体的组成部分，来自日本，形成S形磁体的超导装置正在意大利制造，并在费米实验室进行测试，而低温恒温器和隔热罩是帮助磁体保持低温的设备，来自美国
" 运输螺线管单元在费米实验室进行测试和组装
信用:维托伦巴多，费米实验室 费米实验室正在协调这一全球伙伴关系
如果实验所需的计划不够复杂，螺线管的S形会使它更复杂:每个磁体单元都是唯一的
这意味着磁铁不仅要按照特定的顺序组装，而且实验不能依赖于备件
“它们的形状非常有趣，”研究Mu2e的科学家之一卡利·贝格利解释说
“您不能像订购其他磁铁一样订购它们，尤其是我们要求的严格公差
" 费米实验室对这些磁铁进行的严格测试需要大约四个月的时间
贝格利说:“这是非常重要的一步。”
“这就是为什么上半场快结束了，这是如此令人兴奋
我们终于可以开始把它放在一起，看着整个上游部分的磁铁聚集在一起
" 随着七块磁铁组成的运输螺线管的前半部分被接受，团队已经在把这一部分组装起来
同时，对第二部分磁铁的测试开始了
Mu2e的建造预计将于2023年完成，实验将准备在不久后开始获取物理数据
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