эксперимент NA62

Суперпротонный синхротрон
(СПС)
Ключевые эксперименты по СФС
UA1	Подземная зона 1
UA2	Подземная зона 2
NA31	NA31 Эксперимент
NA32	Исследование образования шарма в адронных взаимодействиях с использованием кремниевых детекторов высокого разрешения
КОМПАС	Общий мюонный и протонный аппарат для структурной и спектроскопии
СВЕТИТЬ	Эксперимент SPS с тяжелыми ионами и нейтрино
NA62	NA62 Эксперимент
Преускорители СПС
р и Pb	Линейные ускорители протонов ( (Linac 2) и свинца Linac 3)
(не отмечено)	Протонный синхротронный ускоритель
ПС	Протонный синхротрон

Эксперимент NA62 (известный как P-326 на стадии предложения с фиксированной целью ) представляет собой эксперимент по физике элементарных частиц в северной зоне ускорителя SPS в ЦЕРН . Эксперимент был одобрен в феврале 2007 года. Сбор данных начался в 2015 году, и ожидается, что эксперимент станет первым в мире по исследованию распадов заряженного каона с вероятностями до 10 ⁻¹². Пресс-секретарем эксперимента является Кристина Лаззерони (с января 2019 г.). В сотрудничестве участвуют 333 человека из 30 учреждений и 13 стран мира. ^[1]

Цели

Эксперимент призван провести прецизионную проверку Стандартной модели путем изучения редких распадов заряженных каонов . Основная цель, ради которой была оптимизирована конструкция, — измерение скорости ультраредкого распада K ⁺ → п ⁺ + ν + ν с точностью 10%, обнаружив около 100 кандидатов на распад с низким фоном. Это приведет к определению элемента матрицы СКМ | В _тд | с точностью лучше 10%. ^[2] Этот элемент очень точно связан с вероятностью распада верхних кварков на нижние кварки . Группой данных по частицам проведенный Обзор списков физики элементарных частиц за 2008 год, | В _тд | = 0,008 74 +0,000 26
−0.000 37 . ^[3] Параллельно осуществляется широкая программа исследований физики каонов, включающая изучение других редких распадов, поиск запрещенных распадов и новых экзотических частиц, не предсказываемых стандартной моделью (например, темных фотонов).

Экспериментальная установка

Чтобы достичь желаемой точности, эксперимент NA62 требует определенного уровня подавления фона относительно мощности сигнала. А именно: синхронизация с высоким разрешением (для поддержки высокоскоростной среды), кинематическое отбраковка (включая отсечение квадрата недостающей массы наблюдаемых частиц при распаде относительно вектора падающего каона), идентификация частиц, герметичное вето. фотонов на большие углы и мюонов в пределах принятия и избыточности информации. ^[4]

В связи с этими потребностями в эксперименте NA62 был построен детектор длиной около 270 м. Компоненты эксперимента кратко описаны ниже, подробную информацию см. ^[5]

Линия луча

В основе эксперимента NA62 лежат наблюдения за распадами каонов. Для этого в эксперимент поступают два луча от СПС ,

Первичный луч, называемый P42, используется для производства $K^{+}$ луч. Пучок протонов с энергией 400 ГэВ/с разделяется на три ветви и поражает три мишени (Т2, Т4 и Т6). При этом создаются пучки вторичных частиц, которые направляются через подземный целевой туннель (TCC2). На выходе из Т4 пучок прошедших протонов проходит через апертуры в двух вертикально-моторизованных модулях сброса пучка / коллиматора , TAX 1 и TAX 2 для P42, в которых отверстия с разными апертурами определяют угловой прием пучка и, следовательно, позволяют поток протонов должен выбираться в широком диапазоне. Чтобы защитить компоненты устройства, компьютерная программа наблюдения позволяет контролировать токи в основных магнитах вдоль линии луча P42 и замыкать TAX2 в случае ошибки.

Линия вторичного луча K12HIKA+ представляет собой линию каонного луча. Этот луч спроектирован так, чтобы исходить от высокого потока протонов с энергией 400 ГэВ/c в установке высокой интенсивности в Северном районе. Туннель мишени/лучей TCC8 и пещера ECN3, где были установлены детекторы эксперимента NA48, имеют общую длину 270 метров. Планируется повторно использовать существующую целевую станцию Т10 (расположенную в 15 м от начала ТСС8) и установить вторичный луч вдоль существующей (прямой) линии луча К12 длиной 102 м до выхода финального коллиматора, который отмечает начало реперной области распада и указывает на детекторы NA48 (в частности, жидкокриптоновый электромагнитный калориметр, LKR).

Эти пучки приводят к распаду каонов на частоте 4,5 МГц в реперной области с долей ~6% для $K^{+}$ распадается на поток адронов . ^[6]

Кедр/КТАГ

KTAG — это «маркер пищевых продуктов», предназначенный для идентификации $K^{+}$ частицы внутри неразделенного адронного пучка. Этот детектор представляет собой дифференциальный черенковский счетчик (ЦЕРН, западная часть Кедра), оснащенный специальным детектором, состоящим из 8 матриц фотодетекторов (KTAG). ^[7]

ГигаТрекер (GTK)

Размещенный непосредственно перед областью распада каонов, GTK предназначен для измерения времени, направления и импульса всех треков пучка. GTK представляет собой спектрометр и может проводить измерения по входящему пучку каонов с энергией 75 ГэВ/с. Измерения GTK используются для выбора затухания и уменьшения фона.

GTK состоит из трех разных станций, обозначенных GTK1, GTK2 и GTK3 в зависимости от порядка, в котором они расположены относительно траектории луча. Они установлены вокруг четырех магнитов-ахроматов (которые используются для отклонения луча). Вся система размещена вдоль линии луча и находится внутри вакуумной емкости. ^[8]

ЧАНТИ

Этот заряженный анти-детектор (CHANTI) в первую очередь предназначен для запрета событий с неупругим взаимодействием между частицами пучка и GTK3. Детектор состоит из шести плоскостей сцинтилляционных детекторов, окружающих пучок.

Соломенный трекер

Пучок каонов проходит через верхнюю область и в область распада, область длиной примерно 60 м внутри большого вакуумного сосуда, после чего продукты распада обнаруживаются на станциях отслеживания строу. Система измеряет направление и импульс вторичных заряженных частиц , приходящих из области распада. Этот спектрометр состоит из четырех камер, пересекаемых дипольным магнитом с высокой апертурой . Каждая из камер состоит из нескольких соломенных трубок, расположенных так, чтобы обеспечить четыре вида и четыре координаты. Из 7168 соломинок во всей системе только одна была дефектной. Протекающая соломинка была загерметизирована, и детектор работал нормально в течение 2015 года. ^[9]

Фотонные системы вето

В эксперименте используется система фотонного вето, обеспечивающая герметичное покрытие в диапазоне от 0 до 50 миллирадиан. Эта система состоит из нескольких подсистем, охватывающих разные угловые диапазоны; Ветос с большим углом (LAV) охватывает 8,5–50 мрад, жидкокриптоновый калориметр (LKr) — 1–8,5 мрад, а ветос с малым углом (SAV) — 0–1 мрад.

Вето с большим углом (LAV)

12 станций LAV состоят из четырех или пяти кольцевых колец сцинтилляционных детекторов из свинцового стекла, окружающих объем распада. Первые 11 станций работают в том же вакуумном резервуаре, что и объем распада и STRAW, тогда как последняя камера (LAV12) расположена после RICH и работает на воздухе.

Малый угол Vetos (SAV), промежуточный кольцевой калориметр (IRC) и малоугловой калориметр (SAC)

IRC и SAC представляют собой электромагнитные пробоотборные калориметры, состоящие из чередующихся слоев свинца и пластиковых сцинтилляторов. САУ располагается в самом конце экспериментальной установки на линии пути луча, но после того, как заряженные частицы отклоняются и отправляются в отвал луча. Это означает, что любые фотоны, движущиеся вдоль направления луча до угла 0, могут быть обнаружены.

Жидкостный криптоновый калориметр (ЛКр)

Детектор LKr повторно используется с NA48 с модернизированными системами считывания. Активным материалом калориметра является жидкий криптон. Электромагнитные ливни, инициированные заряженными частицами или фотонами, обнаруживаются посредством ионизационных электронов, которые дрейфуют к анодам, расположенным внутри жидкого криптона. Сигналы усиливаются и передаются в системы считывания.

Черенковский детектор кольцевой визуализации (RICH)

RICH предназначен для различения пионов и мюонов для частиц с импульсом от 15 до 35 ГэВ/с. Он состоит из сосуда длиной 17,5 м и диаметром до 4,2 м, наполненного газообразным азотом (при давлении около 990 мбар). Когда заряженные частицы проходят через газ, черенковские фотоны испускаются под фиксированным углом, определяемым импульсом и массой частицы и давлением газообразного азота. Фотоны отражаются от массива зеркал на нижнем конце RICH и детектируются двумя массивами детекторов на фотоумножительной трубке на верхнем конце сосуда.

Заряженные годоскопы (NA48-CHOD и CHOD)

Детекторы CHOD представляют собой сцинтилляционные детекторы, которые подают входные данные в триггерную систему, обнаруживающую заряженные частицы. Система состоит из детектора NA48-CHOD, повторно использованного в эксперименте NA48 и состоящего из двух плоскостей сцинтилляционных полос, расположенных вертикально и горизонтально, а также недавно сконструированного CHOD, построенного из массива сцинтилляционных плиток, считываемых кремниевыми фотоумножителями.

Адронные калориметры (МУВ1 и МУВ2)

MUV1 и MUV2 представляют собой адронные калориметры, состоящие из чередующихся слоев железа и сцинтилляторов. Недавно построенный MUV1 имеет тонкую поперечную сегментацию для разделения электромагнитных и адронных компонентов ливней, а MUV2 повторно используется с NA48.

Мюонный вето-детектор (MUV3)

MUV3 построен из плоскости сцинтилляционных плиток, считываемых парой фотоумножителей, и расположен за 80-сантиметровой железной стеной, которая блокирует частицы, оставляя для обнаружения только мюоны. Этот детектор обеспечивает быстрое вето мюонов на уровне триггера и используется для идентификации мюонов на уровне анализа.

Данные

В ходе эксперимента было проведено несколько тестов, чтобы убедиться, что новые компоненты детектора работают правильно. Первый физический эксперимент с почти полным детектором состоялся в 2015 году. NA62 собирал данные в 2016, 2017 и 2018 годах перед длительным остановом CERN 2. Анализ данных продолжается, и несколько результатов находятся в стадии подготовки.

В рамках эксперимента было создано и находится в стадии создания несколько работ. Список опубликованных работ по эксперименту NA62 можно найти здесь .

Результаты

$K^{+}\rightarrow \pi ^{+}\nu {\overline {\nu }}$

Данные за 2016 год

Опубликованные результаты: ^[10].

Данные за 2017 год

Результаты впервые представлены на конференции KAON19 .

Запрещенный $K^{+}$ Распад

$K^{+}\rightarrow \pi ^{-}\ell ^{+}\ell ^{+}$ (Нарушение лептонного числа)

Опубликованные результаты: ^[11]

Экзотика

Тяжелый нейтральный лептон

Опубликованные результаты: ^[12]

Темный фотон

Опубликованные результаты: ^[13]

См. также

Ссылки

^ «Детали эксперимента» . greybook.cern.ch . Проверено 06 апреля 2016 г.
^ «Предложение по измерению редкого распада K+ → π +νν¯ в CERN SPS» (PDF) .
^ К. Амслер; и др. (2008). «Обзор физики элементарных частиц» (PDF) . Буквы по физике Б. 667 (1–5): 1–1340. Бибкод : 2008PhLB..667....1A . дои : 10.1016/j.physletb.2008.07.018 . hdl : 1854/LU-685594 .
^ «ЦЕРН-PH-NA62» . na62.web.cern.ch. Проверено 06 апреля 2016 г.
^ Эдуардо Кортина Хиль; и др. (2017). «Луч и детектор эксперимента NA62 в ЦЕРН». ДЖИНСТ . 12 (5): P05025. arXiv : 1703.08501 . Бибкод : 2017JInst..12P5025C . дои : 10.1088/1748-0221/12/05/P05025 . S2CID 119392990 .
^ «Линия K+ Beam» (PDF) . ЦЕРН.
^ Евгений Гудзовский; и др. (2015). «Разработка системы мечения каонов для эксперимента NA62 в ЦЕРН». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 801 : 86–94. arXiv : 1509.03773 . Бибкод : 2015НИМПА.801...86Г . дои : 10.1016/j.nima.2015.08.015 . S2CID 33673530 .
^ " Гигатрекер (GTK) " . ЦЕРН
^ « Отчет о состоянии NA62 за 2015 год для CERN SPSC ». ЦЕРН
^ Э. Кортина Хил; и др. (Сотрудничество NA62) (2019). «Первый поиск $K^{+}\rightarrow \pi ^{+}\nu {\overline {\nu }}$ с использованием техники распада в полете» . Physics Letters B. 791 : 156–166. arXiv : 1811.08508 . doi : 10.1016/j.physletb.2019.01.067 .
^ Э. Кортина Хил; и др. (Сотрудничество NA62) (2019). «Поиски нарушений лептонного числа $K^{+}$ распадается» . Physics Letters B. 797 : 134794. arXiv : 1905.07770 . Bibcode : 2019PhLB..79734794C . doi : 10.1016/j.physletb.2019.07.041 .
^ Э. Кортина Хил; и др. (Сотрудничество NA62) (2018). «Поиск производства тяжелых нейтральных лептонов в $K^{+}$ распадается» . Physics Letters B. 778 : 137–145. arXiv : 1712.00297 . Bibcode : 2018PhLB..778..137C . doi : 10.1016/j.physletb.2018.01.031 .
^ Э. Кортина Хил; и др. (Сотрудничество NA62) (2019). «Поиски рождения невидимого темного фотона в $\pi ^{0}$ распадается» . Журнал физики высоких энергий . 2019 (5): 182. arXiv : 1903.08767 . Bibcode : 2019JHEP...05..182C . doi : 10.1007/JHEP05(2019)182 .

Дальнейшее чтение

«Предложение измерить редкий распад K ⁺ → п ⁺ν ν в CERN SPS» (PDF) . CERN . 11 июня 2005 г. CERN-SPSC-2005-013 . Проверено 28 сентября 2009 г.
«Технический проект NA62» . ЦЕРН . Декабрь 2010 г. ЦЕРН NA62-10-07 . Проверено 29 апреля 2011 г.
Андреас Винхарт (15 июля 2009 г.). «Точный тест универсальности лептона при распаде K → lν на NA62 в ЦЕРН» (PDF) . Семинар по ЭМГ . Проверено 28 сентября 2009 г.

Внешние ссылки

сайт NA62
NA62 ЦЕРН
CERN-NA-062 Запись эксперимента на INSPIRE-HEP

[1] «Детали эксперимента» . greybook.cern.ch . Проверено 06 апреля 2016 г.

[2] «Предложение по измерению редкого распада K+ → π +νν¯ в CERN SPS» (PDF) .

[3] К. Амслер; и др. (2008). «Обзор физики элементарных частиц» (PDF) . Буквы по физике Б. 667 (1–5): 1–1340. Бибкод : 2008PhLB..667....1A . дои : 10.1016/j.physletb.2008.07.018 . hdl : 1854/LU-685594 .

[4] «ЦЕРН-PH-NA62» . na62.web.cern.ch. Проверено 06 апреля 2016 г.

[5] Эдуардо Кортина Хиль; и др. (2017). «Луч и детектор эксперимента NA62 в ЦЕРН». ДЖИНСТ . 12 (5): P05025. arXiv : 1703.08501 . Бибкод : 2017JInst..12P5025C . дои : 10.1088/1748-0221/12/05/P05025 . S2CID 119392990 .

[6] «Линия K+ Beam» (PDF) . ЦЕРН.

[7] Евгений Гудзовский; и др. (2015). «Разработка системы мечения каонов для эксперимента NA62 в ЦЕРН». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 801 : 86–94. arXiv : 1509.03773 . Бибкод : 2015НИМПА.801...86Г . дои : 10.1016/j.nima.2015.08.015 . S2CID 33673530 .

[8] " Гигатрекер (GTK) " . ЦЕРН

[9] « Отчет о состоянии NA62 за 2015 год для CERN SPSC ». ЦЕРН

[10] Э. Кортина Хил; и др. (Сотрудничество NA62) (2019). «Первый поиск $K^{+}\rightarrow \pi ^{+}\nu {\overline {\nu }}$ с использованием техники распада в полете» . Physics Letters B. 791 : 156–166. arXiv : 1811.08508 . doi : 10.1016/j.physletb.2019.01.067 .

[11] Э. Кортина Хил; и др. (Сотрудничество NA62) (2019). «Поиски нарушений лептонного числа $K^{+}$ распадается» . Physics Letters B. 797 : 134794. arXiv : 1905.07770 . Bibcode : 2019PhLB..79734794C . doi : 10.1016/j.physletb.2019.07.041 .

[12] Э. Кортина Хил; и др. (Сотрудничество NA62) (2018). «Поиск производства тяжелых нейтральных лептонов в $K^{+}$ распадается» . Physics Letters B. 778 : 137–145. arXiv : 1712.00297 . Bibcode : 2018PhLB..778..137C . doi : 10.1016/j.physletb.2018.01.031 .

[13] Э. Кортина Хил; и др. (Сотрудничество NA62) (2019). «Поиски рождения невидимого темного фотона в $\pi ^{0}$ распадается» . Журнал физики высоких энергий . 2019 (5): 182. arXiv : 1903.08767 . Bibcode : 2019JHEP...05..182C . doi : 10.1007/JHEP05(2019)182 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

v т и Эксперименты на суперпротонном синхротроне
EMU experiments	ЭВС1 ЭВС2 ЭВС3 ЭВС4 ЭВС5 ЭВС6 ЭВС7 ЭВС8 ЭВС9 ЭВС10 ЭВС11 ЭВС12 ЭВС13 ЭВС14 ЭВС15 ЭВС16 ЭВС17 ЭВС18 ЭВС19 ЭВС20
NA эксперименты	NA1 NA2 NA3 NA4 NA5 NA6 NA7 NA8 NA9 NA10 NA11 NA12 / 2 NA13 NA14 / 2 NA15 NA16 NA17 NA18 NA19 NA20 NA21 NA22 NA23 NA24 NA25 NA26 NA27 NA28 NA29 NA30 НА31 / 2 NA32 NA33 NA34 / 2 / 3 NA35 NA36 NA37 NA38 NA39 NA40 NA41 NA42 НА43 / 2 NA44 НА45 / 2 NA46 NA47 NA48 / 1 / 2 NA49 NA50 NA51 NA52 NA53 NA54 NA55 NA56 NA57 NA58 NA59 NA60 NA61 NA62 NA63 NA64 NA65 NA66
UA эксперименты	UA1 UA2 UA3 UA4 / 2 UA5 / 2 UA6 UA7 UA8 UA9
ВА эксперименты	ВА1 / 2 ВА2 ВА3 ВА4 ВА5 ВА6 WA7 WA8 ВА9 ВА10 WA11 WA12 WA13 WA14 WA15 WA16 WA17 ВА18 / 2 WA19 ВА20 WA21 WA22 WA23 WA24 WA25 WA26 WA27 WA28 WA29 ВА30 WA31 WA32 WA33 WA34 WA35 WA36 WA37 WA38 WA39 ВА40 WA41 WA42 WA43 WA44 WA45 WA46 WA47 WA48 WA49 ВА50 WA51 ВА52 WA53 WA54 ВА55 WA56 WA57 WA58 WA59 ВА60 WA61 WA62 WA63 WA64 ВА65 WA66 WA67 WA68 WA69 ВА70 WA71 WA72 WA73 WA74 ВА75 WA76 WA77 WA78 WA79 ВА80 ВА81 ВА82 ВА83 ВА84 ВА85 WA86 WA87 WA88 WA89 ВА90 WA91 WA92 WA93 WA94 WA95 WA96 WA97 WA98 ВА99 / 2 ВА100 WA101 WA102 WA103