эксперимент WISArD
| Список экспериментальных установок ISOLDE | |
|---|---|
| COLLAPS , CRIS , EC-SLI , IDS , ISS , ISOLTRAP , LUCRECIA , Miniball , MIRACLS , SEC , VITO , WISArD | |
| Другие удобства | |
| Врачи | Медицинские изотопы, собранные из ISOLDE |
| 508 | Лаборатория физики твердого тела |
Эксперимент по изучению слабого взаимодействия с распадом 32Ar ( WISArD ) представляет собой постоянную экспериментальную установку, расположенную на установке ISOLDE в ЦЕРНе . Цель эксперимента — исследовать слабое взаимодействие путем поиска бета-задержанных протонов, вылетающих из ядра . [1] В отсутствие онлайн-производства изотопов во время длительного отключения 2 экспериментальная установка также использовалась для измерения формы бета-энергетического спектра. [2] Цель эксперимента — поиск физики за пределами Стандартной модели (СМ) путём расширения существующих ограничений на токи в слабом взаимодействии. [3]
Экспериментальная установка WISArD повторно использует WITCH . эксперимента сверхпроводящий магнит и существующую инфраструктуру [4] [3]
Фон
[ редактировать ]Стандартная модель описывает три из четырех фундаментальных взаимодействий и классифицирует все известные элементарные частицы . Хотя открытие бозона Хиггса по существу подтверждается , остается еще много вопросов без ответа, особенно относительно слабого взаимодействия. Стандартная модель предлагает конкретный формализм вектор-аксиальный вектор ( V-A ) для слабого взаимодействия, однако теория не исключает и другие вклады. Измерения тщательно отобранных бета-распадов, таких как чистый ферми-распад (F) или чистый гамовско-теллеровский распад (GT) , могут предоставить экспериментальные доказательства этих других вкладов, поскольку бета-распады вызывают минимальные нарушения из-за эффектов, связанных со структурой ядра и чистыми переходами. независимы от основных ядерных взаимодействий . [3] [5]
Определив импульс бета-частицы и нейтрино, можно определить коэффициент корреляции , который количественно определяет степень вклада, не связанного с СМ. [3] Однако наблюдать и измерять нейтрино в такого рода экспериментах практически невозможно. Его характеристики можно определить из кинематики трех тел путем измерения бета-частицы и отдачи дочери бета-распада. В эксперименте WISArD измерение отдачи заменено измерениями характеристик протонов, испускаемых ядром отдачи. Сравнивая энергию протонов, испускаемых в том же и в противоположных полушариях экспериментальной установки по отношению к бета-частице, можно измерить кинематический сдвиг между двумя случаями. Этот кинематический сдвиг несет в себе информацию, необходимую для вывода корреляции бета-нейтрино, и, таким образом, открывает доступ к физике за пределами Стандартной модели. [6] [7] [3]
Альтернативно, вклады, не связанные с SM, можно изучить, выполнив очень точное измерение формы непрерывного энергетического спектра бета-излучения . В детекторе бета-частицы претерпевают отклонения на большие углы вдоль своих траекторий, а частица, попавшая в детектор, может претерпеть достаточное отклонение, чтобы снова выйти из той же поверхности. Это явление известно как обратное рассеяние и является существенным ограничением при традиционных измерениях формы спектра. В WISArD эта проблема решается за счет установки двух детекторов лицом к лицу в сильном магнитном поле, эффективно направляя обратно рассеянную бета-частицу к противоположному детектору. [2]
Экспериментальная установка
[ редактировать ]Пучок радиоактивных ионов (РИБ) аргона . изотопа 32 Ar производится на установке ISOLDE в результате реакции расщепления (бомбардировка мишени частицами высокой энергии) с последующей тепловой диффузией атомов аргона из мишени. [3] Луч извлекается и ускоряется перед массовым разделением сепаратором высокого разрешения (HRS) или сепаратором общего назначения (GPS). [6] [3] Затем этот луч направляется в экспериментальную установку WISArD по лучевым линиям . [6]
Система транспортировки пучка WISArD состоит из линий источника ионов (IBL), горизонтального (HBL), вертикального (VBL) и соленоидного магнита (SBL). IBL обеспечивает стабильный ионный пучок и состоит из ионизирующего блока, конического графитового цилиндра, экстракционного электрода и экстракционной линзы. HBL транспортирует РИБы к последующим секциям, состоящим из двух узлов кикеров-изгибов и высоковольтной линзы Эйнцеля . В VBL используются электроды цилиндрической формы для фокусировки и введения луча в область SBL, при этом предпоследний электрод используется в качестве линзы Эйнцеля. [3] [8] Секция сверхпроводящего магнита создает поля до 9 Тл с использованием бывшего магнита WITCH и окружает вакуумную трубку. [9]
Установка обнаружения (DSet2018) состоит из четырех алюминиевых стержней, которые одновременно поддерживают детекторы и ограничивают сборку. Кроме того, имеется сцинтилляционный детектор, используемый для обнаружения бета-частиц, кремниевые детекторы для обнаружения бета-задержанных протонов, улавливающая фольга для имплантации пучка радиоактивного аргона и 208 После альфа-источника. [3] Фольга-уловитель расположена в центре магнитного поля , четыре кремниевых детектора расположены сверху и четыре снизу. [10] Позитроны направляются к сцинтилляционному детектору магнитным полем. [6]
Обновления
[ редактировать ]После первого запуска WISArD в 2018 году в установку было внесено несколько обновлений. [3]
Общая эффективность транспортировки ионно-лучевой системы была улучшена с 12% до почти 90% с ноября 2018 года по Upg2021. [7] Это было сделано за счет оптимизации электростатических элементов линии луча и уменьшения влияния краевых полей (внешних магнитных полей) путем фокусировки луча до того, как он попадет в область краевого поля. [3]
Для эксперимента были созданы новые кремниевые детекторы, которые улучшили охват телесных углов и энергетическое разрешение. Кроме того, была произведена модификация пластикового сцинтилляционного детектора для снижения порога обнаружения и, следовательно, ограничения эффекта обратного рассеяния . [7] [3] Кроме того, была разработана более компактная микроканальная пластина (MCP) для измерения положения и протяженности луча аргона - информация, необходимая для достижения желаемого уровня точности коэффициента корреляции. [3]
Результаты
[ редактировать ]Результаты первой кампании по корреляции бета-нейтрино с 32 В ноябре 2018 года Ар продемонстрировал подтверждение принципа, успешно измерив сдвиг кинематической энергии протонов и протестировав систему. [6] Новый тестовый запуск в 2021 году показал, что все компоненты новой настройки и улучшения по сравнению с первой кампанией могут быть достигнуты. [3] Предполагается, что полномасштабный эксперимент с 32 Ar заработает в первой половине 2024 года.
В ноябре и декабре 2020 года было проведено первое измерение формы бета-спектра с помощью 114 В. Это позволило впервые экспериментально определить форм-фактор слабого магнетизма, который содержит основную часть влияния сильного взаимодействия на бета-распад, вызванный слабым взаимодействием, для такого тяжелого ядра. [2] Результат согласуется с результатами двойного эксперимента с использованием вместо этого бета-спектрометра на основе многопроволочной дрейфовой камеры. [11]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «ВИЗАРД | ИЗОЛЬДА» . isolde.cern . Проверено 16 августа 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с Ванлагендонк, Саймон; Севержинс, Натали (2023). «Влияние слабого магнетизма на форму бета-энергетического спектра 114In» . Кандидатская диссертация, КУ Левен .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н Атанасов Д.; Кресто, Ф.; Нис, Л.; Поморский, М.; Верстееген, М.; Альфаурт, П.; Араужо-Эскалона, В.; Ашер, П.; Бланк, Б.; Даудин, Л.; Гийе, Д.; Флешар, X.; Ха, Дж.; Хассон, А.; Гербо, М. (01 мая 2023 г.). «Экспериментальная установка для исследования слабых взаимодействий с пучками радиоактивных ионов WISArD» . Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 1050 : 168159. Бибкод : 2023NIMPA105068159A . дои : 10.1016/j.nima.2023.168159 . ISSN 0168-9002 .
- ^ Араужо-Эскалона, Виктория Исабель (29 июня 2021 г.). «Распад 32Ar, поиск экзотических токовых вкладов в слабые взаимодействия» . ЛУ Левен .
- ^ Северийнс, Н; Бланк, Б (01 июля 2017 г.). «Физика слабого взаимодействия в ИЗОЛЬДЕ» . Журнал физики G: Ядерная физика и физика элементарных частиц . 44 (7): 074002. Бибкод : 2017JPhG...44g4002S . дои : 10.1088/1361-6471/aa71e3 . ISSN 0954-3899 .
- ^ Jump up to: а б с д и Араужо-Эскалона, В.; Альфаурт, П.; Ашер, П.; Атанасов Д.; Бланк, Б.; Даудин, Л.; Флешар, X.; Гербо, М.; Джовинаццо, Дж.; Греви, С.; Куртукян Ньето, Т.; Льенар, Э.; Нис, Л.; Кеменер, Г.; Рош, М. (01 августа 2019 г.). «Предел скалярного тока из корреляции бета-нейтрино: эксперимент WISArD» . Физический журнал: серия конференций . 1308 (1): 012003. Бибкод : 2019JPhCS1308a2003A . дои : 10.1088/1742-6596/1308/1/012003 . ISSN 1742-6588 .
- ^ Jump up to: а б с Альфаурт, П; Ашер, П; Атанасов Д; Бланк, Б; Кресто, Ф; Даудин, Л; Флечард, X; Гарсия, А; Гербо, М; Джовинаццо, Дж; Греви, С; Ха, Дж; Куртукян-Ньето, Т; Линард, Э; и др. (4 января 2022 г.). «Исследования слабого взаимодействия посредством бета-замедленной эмиссии протонов» (PDF) . ИЗОЛЬДЕ и Нейтронный комитет по времени пролета .
- ^ Альфаурт, П.; Ашер, П.; Атанасов Д.; Бланк, Б.; Кресто, Ф.; Даудин, Л.; Флешар, X.; Гербо, М.; Джовинаццо, Дж.; Греви, С.; Куртукян-Ньето, Т.; Льенар, Э.; Поморский, М.; Северийнс, Н.; Ванлангендонк, С. (2 марта 2022 г.). «WISArD: Исследования слабого взаимодействия с распадом 32Ar» . Материалы международной конференции Particles and Nuclei 2021 — PoS(PANIC2021) . Том. 380. Сисса Медиалаб. п. 449. дои : 10.22323/1.380.0449 .
- ^ Нис, Лукас (21 сентября 2018 г.). «Прогресс на пути к WISArD: моделирование линий луча и исследования детекторов для эксперимента по изучению слабого взаимодействия с распадом 32Ar (WISArD)» (PDF) . Летний студенческий доклад ЦЕРН .
- ^ Араужо-Эскалона, В.; Атанасов Д.; Флешар, X.; Альфаурт, П.; Ашер, П.; Бланк, Б.; Даудин, Л.; Гербо, М.; Джовинаццо, Дж.; Греви, С.; Куртукян-Ньето, Т.; Льенар, Э.; Кеменер, Г.; Северийнс, Н.; Ванлангендонк, С. (13 мая 2020 г.). «Одновременные измерения угловой корреляции β-нейтрино в чистых ферми-переходах Ar 32 и чистых переходах Гамова-Теллера с использованием совпадений β-протонов» (PDF) . Физический обзор C . 101 (5): 055501. doi : 10.1103/PhysRevC.101.055501 . ISSN 2469-9985 . S2CID 186206837 .
- ^ Де Кекелер, Леннерт (7 сентября 2021 г.). «Измерения формы бета-спектра с использованием многопроволочной дрейфовой камеры» (PDF) . Конференция PANIC2021 .
| Большой адронный коллайдер (БАК) | |
|---|---|
| Большой электрон-позитронный коллайдер (LEP) | |
| Суперпротонный синхротрон (СПС) | |
| Протонный синхротрон (ПС) | |
| Линейные ускорители | |
| Другие ускорители | |
| ИЗОЛЬДЕ объект | |
| Неускорительные эксперименты | |
| Будущие проекты | |
| Похожие статьи |
|
