Международный эксперимент по ионизационному охлаждению мюонов

Международный эксперимент по ионизационному охлаждению мюонов (или MICE ) — по физике высоких энергий, эксперимент проводимый в лаборатории Резерфорда Эпплтона . Этот эксперимент признан экспериментом CERN (RE11). ^{[ 1 ]} ^{[ 2 ]} MICE предназначен для демонстрации охлаждения мюонов ионизационного . ^{[ 3 ]} Это процесс, при котором эмиттанс луча уменьшается, чтобы уменьшить размер луча, чтобы больше мюонов можно было ускорить в ускорителях с меньшей апертурой и с меньшим количеством фокусирующих магнитов. Это может позволить построить мюонные ускорители высокой интенсивности, например, для использования в качестве нейтринной фабрики или мюонного коллайдера .

MICE уменьшит поперечный эмиттанс мюонного пучка в одной охлаждающей ячейке длиной 7 м и измерит это уменьшение. Первоначальный проект MICE был основан на схеме, изложенной в технико-экономическом обосновании II. ^{[ 4 ]} он был существенно переработан в 2014 году. ^{[ 3 ]} Пионы будут производиться из мишени в источнике нейтронов ISIS и транспортироваться по лучу, где большая часть из них распадается на мюоны, прежде чем попасть в MICE. Охлаждение проверяется с помощью кристаллов гидрида лития (LiH) или ячеек с жидким водородом (LH ₂ ), магниты используются для фокусировки и анализа мюонного пучка. MICE будет измерять эффективность охлаждения в диапазоне импульсов пучка примерно от 150 до 250 МэВ/с.

Линия луча

Мюонный пучок MICE обеспечивает мюонный пучок низкой интенсивности для MICE. Пионы будут транспортироваться из мишени, погружающейся в край протонного пучка ISIS, через канал распада пионов в линию транспорта мюонов и затем в MICE. Для эффективного использования мюонов желательно иметь достаточно хорошее соответствие между транспортным пучком и каналом охлаждения, а выбор осуществляется при анализе. Кроме того, канал луча должен препятствовать попаданию немюонных событий в канал охлаждения. Ожидается скорость пучка в несколько сотен мюонов в секунду.

Установка эксперимента

MICE объединяет системы для идентификации, отслеживания, управления и охлаждения мюонов. ^{[ 3 ]}

Чтобы исключить фон от пионов и электронов, черенковские детекторы и времяпролетные детекторы являются крайними компонентами эксперимента. Калориметр на конце отличает электроны от мюонов. ^{[ 5 ]}

Эмиттанс мюонов измеряется с помощью трекинговых детекторов со сцинтилляционным волокном в магнитном поле напряженностью 4 Тесла как до, так и после основной охлаждающей ячейки. Перед первым следящим детектором можно разместить диффузор для изучения охлаждения пучков мюонов с большим эмиттансом.

Основная охлаждающая ячейка состоит из вторичного поглотителя LiH, радиочастотного резонатора (РЧ-резонатора), катушек для фокусировки луча на центральный главный поглотитель (LiH или LH ₂ ), магнитных катушек для фокусировки луча, выходящего из основного поглотителя, второго ВЧ-резонатор и еще один вторичный поглотитель LiH.

Хотя вторичные поглотители способствуют охлаждению, их основная цель — остановить высвобождение электронов в ВЧ-резонаторах. Радиочастотные резонаторы предназначены для ускорения мюонов. Поскольку они не могут быть синхронизированы с прибывающими мюонами, некоторые мюоны будут ускоряться, а другие замедляться. Времяпролетные измерения позволяют рассчитать электрическое поле, которое мюоны испытывают в полостях.

Базовый основной поглотитель представляет собой диск LiH толщиной 65 мм. В качестве альтернативы можно использовать резервуар для жидкого водорода длиной 350 мм.

Детекторы

Мюоны проходят через канал охлаждения один за другим. Координаты фазового пространства мюонов будут измеряться с помощью времяпролетных сцинтилляторов и сцинтилляционных волоконных трекинговых детекторов перед и после охлаждающего канала. Мюоны будут отличаться от других частиц в пучке с помощью комбинации спектрометров и так называемых детекторов идентификации частиц (PID), трех времяпролетных сцинтилляторов, черенковского детектора и калориметра.

Статус

По состоянию на 2017 год MICE собирает данные, и рассматривается возможность модернизации охлаждающей камеры большей длины. ^{[ 6 ]}

Ссылки

^ «Признанные эксперименты в ЦЕРН» . Научные комитеты ЦЕРН . ЦЕРН. Архивировано из оригинала 13 июня 2019 года . Проверено 20 января 2020 г. .
^ «RE11/MICE: Эксперимент по ионизационному охлаждению мюонов» . Экспериментальная программа ЦЕРН . ЦЕРН . Проверено 20 января 2020 г. .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Богомилов М.; и др. (MICE-сотрудничество) (2017). «Проектирование и ожидаемые характеристики MICE-демонстрации ионизационного охлаждения». Специальные темы физического обзора: ускорители и пучки . 20 (6): 063501. arXiv : 1701.06403 . Бибкод : 2017PhRvS..20f3501B . doi : 10.1103/PhysRevAccelBeams.20.063501 . S2CID 54956640 .
^ Группа передовых ускорителей BNL (ред.) С. Одзаки, Р. Палмер, М. Зисман и Дж. Галлардо, Технико-экономическое обоснование-II источника нейтрино на основе мюонов , BNL-52623, (2001) [ ДОСТУПНО: 2007 г. -11-16 ]
^ Адамс, Д.; и др. (2015). «Электронно-мюонный рейнджер: работа на мюонном пучке MICE». Журнал приборостроения . 10 (12): P12012. arXiv : 1510.08306 . Бибкод : 2015JInst..10P2012A . дои : 10.1088/1748-0221/10/12/P12012 . S2CID 26941784 .
^ Презентация Кеннета Ричарда Лонга на 47-м совместном совещании по эксперименту по ионизационному охлаждению мюонов (MICE) ( pdf )

Внешние ссылки

Официальный сайт
Эксперимент MICE записывает эксперимент на INSPIRE-HEP

[1] «Признанные эксперименты в ЦЕРН» . Научные комитеты ЦЕРН . ЦЕРН. Архивировано из оригинала 13 июня 2019 года . Проверено 20 января 2020 г. .

[2] «RE11/MICE: Эксперимент по ионизационному охлаждению мюонов» . Экспериментальная программа ЦЕРН . ЦЕРН . Проверено 20 января 2020 г. .

[DesignAndPerformance-3] Jump up to: ^а ^б ^с Богомилов М.; и др. (MICE-сотрудничество) (2017). «Проектирование и ожидаемые характеристики MICE-демонстрации ионизационного охлаждения». Специальные темы физического обзора: ускорители и пучки . 20 (6): 063501. arXiv : 1701.06403 . Бибкод : 2017PhRvS..20f3501B . doi : 10.1103/PhysRevAccelBeams.20.063501 . S2CID 54956640 .

[4] Группа передовых ускорителей BNL (ред.) С. Одзаки, Р. Палмер, М. Зисман и Дж. Галлардо, Технико-экономическое обоснование-II источника нейтрино на основе мюонов , BNL-52623, (2001) [ ДОСТУПНО: 2007 г. -11-16 ]

[5] Адамс, Д.; и др. (2015). «Электронно-мюонный рейнджер: работа на мюонном пучке MICE». Журнал приборостроения . 10 (12): P12012. arXiv : 1510.08306 . Бибкод : 2015JInst..10P2012A . дои : 10.1088/1748-0221/10/12/P12012 . S2CID 26941784 .

[6] Презентация Кеннета Ричарда Лонга на 47-м совместном совещании по эксперименту по ионизационному охлаждению мюонов (MICE) ( pdf )

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]