Международный эксперимент по охлаждению мюонной ионизации
Проект физики элементарных частиц

Международный эксперимент по охлаждению мюонов ионизацией (или MICE ) — это эксперимент по физике высоких энергий в Лаборатории Резерфорда-Эпплтона . Эксперимент является признанным экспериментом ЦЕРНа (RE11). [1] [2] MICE предназначен для демонстрации ионизационного охлаждения мюонов . [3] Это процесс, при котором эмиттанс пучка уменьшается для уменьшения его размера, чтобы можно было ускорить больше мюонов в ускорителях с меньшей апертурой и с меньшим количеством фокусирующих магнитов. Это может позволить построить высокоинтенсивные ускорители мюонов, которые можно использовать, например, в нейтринной фабрике или мюонном коллайдере .

MICE уменьшит поперечный эмиттанс мюонного пучка в одной 7-метровой охлаждающей ячейке и измерит это уменьшение. Первоначальная конструкция MICE была основана на схеме, изложенной в Feasibility Study II. [4] Она была существенно пересмотрена в 2014 году. [3] Пионы будут производиться из мишени в источнике нейтронов ISIS и транспортироваться по линии пучка, где большинство из них распадется на мюоны перед попаданием в MICE. Охлаждение тестируется с помощью кристаллов гидрида лития (LiH) или ячеек жидкого водорода (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

Линия мюонного пучка MICE обеспечивает мюонный пучок низкой интенсивности для MICE. Пионы будут транспортироваться из мишени, погружающейся в край протонного пучка ISIS, через канал распада пиона в транспортную линию мюона, а затем в MICE. Для эффективного использования мюонов желательно иметь достаточно хорошее соответствие между транспортной линией пучка и каналом охлаждения, с выбором, выполняемым в анализе. Кроме того, линия пучка должна подавлять попадание немюонных событий в канал охлаждения. Ожидается скорость пучка в несколько сотен мюонов в секунду.

Постановка эксперимента

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

Для того, чтобы отсечь фон от пионов и электронов, черенковские детекторы и детекторы времени пролета являются внешними компонентами эксперимента. Калориметр в конце отличает электроны от мюонов. [5]

Эмиттанс мюонов измеряется с помощью детекторов сцинтилляционного волокна в магнитном поле 4 Тесла как до, так и после основной охлаждающей ячейки. Перед первым 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 центральном главном поглотителе (LiH или LH 2 ), магнитных катушек для фокусировки луча, выходящего из главного поглотителя, второго РЧ-резонатора и еще одного вторичного поглотителя LiH.

Хотя вторичные поглотители способствуют охлаждению, их главная цель — остановить электроны, высвобождаемые в РЧ-полостях. РЧ-полости предназначены для ускорения мюонов. Поскольку они не могут быть синхронизированы с входящими мюонами, некоторые мюоны будут ускоряться, а другие — замедляться. Измерения времени пролета позволяют рассчитать электрическое поле, которое мюоны испытывали в полостях.

Базовый главный поглотитель — диск LiH толщиной 65 мм (2,6 дюйма). В качестве альтернативы можно использовать сосуд с жидким водородом длиной 350 мм (14 дюймов).

Детекторы

Мюоны проходят через охлаждающий канал один за другим. Фазовые координаты мюонов будут измеряться сцинтилляторами времени пролета и детекторами сцинтилляционного волокна, расположенными выше и ниже охлаждающего канала. Мюоны будут отличаться от других частиц в пучке с помощью комбинации спектрометров и так называемых детекторов идентификации частиц (PID), трех сцинтилляторов времени пролета , черенковского детектора и калориметра .

Статус

По состоянию на 2017 год MICE собирает данные, и рассматривается возможность модернизации до более длинной охлаждающей камеры. [6]

Ссылки

  1. ^ "Признанные эксперименты в ЦЕРНе". Научные комитеты ЦЕРНа . ЦЕРН. Архивировано из оригинала 13 июня 2019 года . Получено 20 января 2020 года .
  2. ^ "RE11/MICE: Muon Ionization Cooling Experiment". Экспериментальная программа ЦЕРН . ЦЕРН . Получено 20 января 2020 г.
  3. ^ abc Богомилов, М.; и др. (сотрудничество MICE) (2017). «Проектирование и ожидаемые характеристики демонстрации ионизационного охлаждения MICE». Physical Review Специальные темы: ускорители и пучки . 20 (6): 063501. arXiv : 1701.06403 . Bibcode : 2017PhRvS..20f3501B. doi : 10.1103/PhysRevAccelBeams.20.063501. S2CID  54956640.
  4. ^ BNL Advanced Accelerator Group (ред.) S. Ozaki, R. Palmer, M. Zisman и J. Gallardo, Feasibility Study-II of a Muon-Based Neutrino Source , BNL-52623, (2001) [ ИЗВЛЕЧЕНО: 2007-11-16 ]
  5. ^ Адамс, Д.; и др. (2015). "Electron-Muon Ranger: Performance in the MICE Muon Beam". Journal of Instrumentation . 10 (12): P12012. arXiv : 1510.08306 . Bibcode : 2015JInst..10P2012A. doi : 10.1088/1748-0221/10/12/P12012. S2CID  26941784.
  6. ↑ Презентация Кеннета Ричарда Лонга на 47-м совещании по сотрудничеству в рамках эксперимента по охлаждению методом ионизации мюонов (MICE) (pdf)
  • Официальный сайт
  • Эксперимент MICE запись эксперимента на INSPIRE-HEP

Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Международный_эксперимент_по_охлаждению_с_мюонной_ионизацией&oldid=1260342310"