Международный эксперимент по охлаждению с ионизацией мюонов - Википедия - International Muon Ionization Cooling Experiment

В Международный эксперимент по охлаждению с помощью мюонной ионизации (или же МЫШЕЙ) это физика высоких энергий эксперимент на Лаборатория Резерфорда Эпплтона. Эксперимент признан ЦЕРН эксперимент (RE11).[1][2] MICE предназначен для демонстрации ионизационное охлаждение из мюоны.[3] Это процесс, при котором эмиссия пучка уменьшается, чтобы уменьшить размер пучка, так что большее количество мюонов может быть ускорено в ускорителях с меньшей апертурой и с меньшим количеством фокусирующих магнитов. Это может позволить построить мюонные ускорители высокой интенсивности, например, для использования в качестве Фабрика нейтрино или же Мюонный коллайдер.

MICE уменьшит поперечный эмиттанс мюонного пучка над одной 7-метровой охлаждающей камерой и измерит это уменьшение. Первоначальный дизайн MICE был основан на схеме, изложенной в ТЭО II.[4] он был значительно переработан в 2014 году.[3] Пионы будут производиться из мишени в Источник нейтронов ISIS и транспортируется по каналу пучка, где большая часть распадается на мюоны перед попаданием в MICE. Охлаждение проверено с гидрид лития (LiH) кристаллы или жидкий водород (LH2) ячейки, магниты используются для фокусировки и анализа мюонного пучка. MICE будет измерять эффективность охлаждения в диапазоне импульсов пучка от 150 до 250 МэВ / c.

Луч

Мюонный пучок MICE обеспечивает MICE мюонный пучок низкой интенсивности. Пионы будет транспортироваться от мишени, попадающей в край протонного пучка ISIS, через канал распада пиона в транспортную линию мюонов, а затем в MICE. Для эффективного использования мюонов желательно иметь достаточно хорошее согласование между транспортным каналом и каналом охлаждения, с выбором, выполняемым при анализе. Кроме того, канал должен препятствовать попаданию немюонных событий в канал охлаждения. Ожидается, что скорость луча составит несколько сотен мюонов в секунду.

Настройка эксперимента

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

Чтобы отклонить фон от пионов и электронов, Черенковские детекторы и время полета детекторы - внешние компоненты эксперимента. Калориметр на конце отличает электроны от мюонов.[5]

Эмиттанс мюонов измеряется сцинтилляционными детекторами слежения за волокном в магнитном поле 4 Тесла как до, так и после основной охлаждающей ячейки. Перед первым отслеживающим детектором может быть установлен диффузор для изучения охлаждения мюонных пучков с большим эмиттансом.

Основная охлаждающая ячейка состоит из вторичного поглотителя LiH, радиочастотный резонатор (RF-резонатор), катушки для фокусировки луча на центральный основной поглотитель (LiH или LH2), магнитные катушки для фокусировки луча, выходящего из основного поглотителя, второго ВЧ-резонатора и еще одного вторичного поглотителя из LiH.

Хотя вторичные поглотители способствуют охлаждению, их основная цель - задерживать электроны, высвобождаемые в ВЧ-резонаторах. ВЧ-резонаторы предназначены для ускорения мюонов. Поскольку они не могут быть синхронизированы с поступающими мюонами, некоторые мюоны будут ускоряться, а другие - замедляться. Измерения времени пролета позволяют рассчитать электрическое поле, которое мюоны испытывают в полостях.

Базовый основной поглотитель представляет собой диск из LiH толщиной 65 мм. В качестве альтернативы можно использовать сосуд с жидким водородом длиной 350 мм.

Детекторы

Мюоны проходят через канал охлаждения один за другим. Координаты фазового пространства мюонов будут измеряться времяпролетными сцинтилляторами и детекторами сцинтилляционного слежения за волокном до и после канала охлаждения. Мюоны будут отличаться от других частиц в пучке, используя комбинацию спектрометров и так называемых детекторов идентификации частиц (PID), трех времяпролетных сцинтилляторов, детектора Черенкова и калориметра.

Положение дел

По состоянию на 2017 год MICE принимает данные, и рассматривается возможность перехода на более длинную охлаждающую камеру.[6]

Рекомендации

  1. ^ «Признанные эксперименты в ЦЕРНе». Научные комитеты ЦЕРН. ЦЕРН. Получено 20 января 2020.
  2. ^ "RE11 / MICE: Эксперимент по охлаждению с ионизацией мюонов". Экспериментальная программа ЦЕРН. ЦЕРН. Получено 20 января 2020.
  3. ^ а б c Богомилов, М .; и другие. (Коллаборация MICE) (2017). «Дизайн и ожидаемые характеристики MICE-демонстрации ионизационного охлаждения». Специальные темы Physical Review: ускорители и пучки. 20 (6): 063501. arXiv:1701.06403. Bibcode:2017ПхРвС..20ф3501Б. Дои:10.1103 / PhysRevAccelBeams.20.063501.
  4. ^ Группа продвинутых ускорителей BNL (ред.) С. Одзаки, Р. Палмер, М. Зисман и Дж. Галлардо, Технико-экономическое обоснование-II мюонного источника нейтрино, БНЛ-52623, (2001) [ПЕРЕНЯТО: 16 ноября 2007 г.]
  5. ^ Adams, D .; и другие. (2015). "Электрон-мюонный рейнджер: производительность в мюонном пучке MICE". Журнал приборостроения. 10 (12): P12012. arXiv:1510.08306. Bibcode:2015JInst..10P2012A. Дои:10.1088 / 1748-0221 / 10/12 / P12012.
  6. ^ Презентация Кеннета Ричарда Лонга на 47-е совещание по сотрудничеству в рамках эксперимента по мюонному ионизационному охлаждению (MICE) (pdf )

внешняя ссылка