日本研究团队将μ子加速至0.3 MeV，向世界唯一μ子加速器迈进一步

日本J-PARC中心、高能加速器研究机构、东京大学、东海国立大学机构、名古屋大学和理化学研究所等组成的研究团队，近日在J-PARC材料与生命科学实验装置新建的μ子加速实验区完成μ子冷却与射频加速实验，成功将μ子加速至0.3 MeV动能，速度约为光速的8%。

冷却和加速正μ子束的概念图。通过冷却方向和速度不均匀的正μ子，可以实现高效的高频加速

μ子是一种类似电子的基本粒子，可由加速器人工产生，广泛用于材料科学、粒子物理研究以及大型结构成像等领域。不过，常规加速器产生的μ子束在方向和速度上并不均匀，难以直接进入后续加速环节。因此，如何先对μ子进行冷却、再实现稳定加速，是相关研究中的关键技术问题。

此次实验在MLF新建的专用μ子束线H线实验区开展。研究团队先对动能约4 MeV的μ子进行冷却，使其状态更适合高频加速，随后利用射频加速腔将其加速到0.3 MeV。与2024年团队完成的世界首次μ子冷却和加速演示相比，本次实验的加速能量提高至约3倍，束流强度提升至约200倍，达到约10个μ子/秒。

研究团队表示，这一结果意味着μ子加速研究正从技术“演示”阶段，转向能够产生实验可用μ子束的“实施”阶段，是建设和运行世界唯一μ子加速器的重要进展。

按照后续计划，研究团队目标是在2027年至2028年前后将μ子加速至4 MeV，速度约为光速的30%，以建立人工及便携式μ子束相关核心技术。更长期来看，团队希望将μ子进一步加速至200 MeV以上，用于μ子g-2和电偶极矩等超精密测量，并推动透射μ子显微镜在材料科学与工程领域的应用研究。