Нейтрино Фабрикасы: Бөлшектік Сәулелендіргіштің Жаңа Концепциясы
Neutrino Factory
Нейтрино фабрикасы: бөлшектер үдеткіші, нейтриноның қасиеттерін зерттейді. Муондар ыдырауы арқылы жасалады, алысқа жіберіледі. UK-Жапония-Италия бағыты қарастырылуда.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Нейтрино фабрикасы – нейтринолардың қасиеттерін егжей-тегжейлі зерттеуге бағытталған ұсынылып отырған бөлшектерді үдету кешенінің бір түрі. Нейтринолар – өте әлсіз өзара әрекеттесетін, қалыпты материя арқылы мыңдаған шақырымға дейін түзу сызыппен өте алатын фундаменталды бөлшектер. Нейтринолардың бастауы – сақтау сақинасының түзу учаскелерінде үдетілген мюондардың ыдырауы. Бұл жобаларға байланысты техникалық мәселелер мюондық коллайдерлердегі мәселелерге ұқсас.
The Neutrino Factory is a type of proposed particle accelerator complex intended to measure in detail the properties of neutrinos, which are extremely weakly interacting fundamental particles that can travel in straight lines through normal matter for thousands of kilometres. The source of the neutrinos would be the decay of accelerated muons in straight sections of a storage ring. The technical issues surrounding these projects are broadly similar to those of a muon collider.
Функция
Нейтрино фабрикасы Жер бетіндегі бір жерде нейтриноның өте шоғырланған сәулесін жасап, оны төмен қарай, екі сәуле түрінде, жарыс трассасы пішіндес жер асты мюон сақтау сақинасынан әртүрлі бағытта жібереді, сәулелер басқа нүктелерде қайта пайда болғанға дейін. Мысалы, Ұлыбританиядағы кешеннен Жапонияға (Super Kamiokande қараңыз) және Италияға (LNGS) сәулелер жіберу мүмкін. Нейтриноның қасиеттері уақыт өте қалай өзгеретінін анықтау үшін қашықтағы орындарда зерттеледі. Бұл олардың массалары және әлсіз өзара әрекеттесу қасиеттері туралы мәліметтер береді. Қазіргі уақытта жоба тұжырымдық жобалау кезеңінде. 2007 жылы халықаралық "Алдын ала зерттеу" аяқталды, содан кейін халықаралық күш-жігер кейінірек әртүрлі эксперименттік тұжырымдамаларды шабыттандырған жобалық есепті дайындауға бағытталды. Бұл типтегі эксперименттер үшін көптеген жаңа технологиялар енгізілуде, соның ішінде пиондарды өндіру үшін сұйық металл ағындарының қолданылуы, қазіргі уақытта сынақтан өтуде, EMMA экспериментінде сынақтан өтіп жатқан Fixed Field Alternating Gradient (FFAG) үдеткіштері, және мюон сәулесінің таралуын азайту үшін аралық кезеңдерде сұйық сутегінің энергиясын азайту қуыстары.
The Neutrino Factory will create a fairly focused beam of neutrinos at one site on the Earth and fire it downwards, probably in two beams emitted in different directions from a racetrack shaped underground muon storage ring, until the beams resurface at other points. One example could be a complex in the UK sending beams to Japan (see Super Kamiokande) and Italy (LNGS). The properties of the neutrinos will be examined at the remote sites to determine how neutrinos evolve over time. This will provide information about their masses and weak interaction properties. The project is currently in the conceptual design stage. An international "Scoping Study" was completed in 2007 and an international effort proceeded to write a design report which inspired various later experimental concepts. Many new technologies are being pioneered for this type of experiments, including the use of liquid metal jets as a target for pion production, under test in the , the use of Fixed Field Alternating Gradient (FFAG) accelerators, under test in the EMMA experiment, and liquid hydrogen energy reduction cavities for reducing the divergence in the muon beam during the intermediate stages.
Ғылыми мақсаттар
1990 жылға дейін нейтринолардың массасыз деп есептелгенімен, күн нейтриноларын (күннің ядросында туындайтындар) және басқаларын іздеу нәтижелері бұл болжаммен келіспейді, демек нейтриноның өте шағын массасы бар екенін көрсетеді (Күн нейтрино проблемасына қараңыз). Мюондық және электрондық нейтринолардың қарқынды сәулесін жасау арқылы бұл үдеткіштер нейтринолар мен олардың өзара әрекеттесуін зерттеуде маңызды прогреске мүмкіндік береді. Атап айтқанда, мынадай ғылыми мақсаттарды атауға болады:
Up until the 1990s, neutrinos were assumed to be massless, but experimental results from searches for solar neutrinos (those produced in the Sun's core) and others are inconsistent with this assumption, and thus indicate that the neutrino does have a very small mass (see Solar neutrino problem). By producing an intense beam of muon and electron neutrinos, these accelerators will enable major advances in the study of neutrinos and their interactions. In particular, the following scientific objectives can be mentioned:
Нейтрино осцилляциясы параметрлерін жоғары дәлдікпен зерттеу (әсіресе электрондық нейтриноларға қатысты). Бөлшектер физикасының Стандартты моделі болжағаннан тыс нейтрино өзара әрекеттесуін іздеу. Стерильді нейтринолар мен жеңіл қара материяны іздеу.
High precision studies of neutrino oscillation parameters (in particular those related to electron neutrinos). The search for neutrino interactions beyond those predicted by the Standard Model of particle physics. The search for sterile neutrinos and light dark matter.
Халықаралық жобалау зерттеуі
Халықаралық жобалау зерттеуі 2012 жылға дейін нейтрино фабрикасының физикалық өнімділігін, жоспарын және құнын егжей-тегжейлі баяндайтын жобалау есебін дайындауды көздейді. Зерттеуге барлық аймақтардан алынған үлестер біріктіріліп, анықтамалық жобалау есебі ретінде жарияланады.
The International Design Study seeks to present a design report for the Neutrino Factory that details the physics performance, schedule and costs by 2012. The study will include contributions from all regions in a combined Reference Design Report.
Ұлыбританиядағы нейтрино фабрикасы
Біріккен Корольдікте Нейтрино Фабрикасы тобы бар.
There is a United Kingdom Neutrino Factory group.
АҚШ-тың мюондық үдетуші бағдарламасы
2010 жылы Мюондық үдеулер бағдарламасы (MAP) Америка Құрама Штаттары Энергетика министрлігінің мюондық соққылағыштар мен нейтрино фабрикаларын зерттеуге берген қолдауын біріктірді. (Екі жоба да мюондарды өндіруді және оларды сақтау сақинасында ұстауды қамтиды, сондықтан олардың арасында үлкен байланыс болды.) Мюондық соққылағыш жобасы нейтрино фабрикасынан да әлдеқайда амбициялы. Мюондық соққылағышта мюондар өте жоғары энергиялы соққылағыш сақинасына жіберілетін болады, мақсаты – тіпті Үлкен адрондық соққылағыштан (LHC) (алғашқы соқтығысулар 2010 жылы өтті) немесе Сызықтық соққылағыш ынтымақтастығының (LCC) эксперименттерінен (2019 жылға дейін жоспары толыққанды емес) де жоғары энергия концентрациясына жету.
In 2010, the Muon Accelerator Program (MAP) unified the United States Department of Energy research support for Muon Colliders and Neutrino Factories. (Both projects involve producing muons and holding them in a storage ring, so there was much overlap.) The Muon Collider project is even more ambitious than the Neutrino Factory. In the Muon Collider, the muons will be inserted into a very high energy collider ring, aiming to reach higher concentrations of energy than even the Large Hadron Collider (LHC) (first collisions produced in 2010) or perhaps even the Linear Collider Collaboration (LCC) experiments (design incomplete as of 2019.)
Еуропалық нейтрино тобы
CERN бірнеше жыл бұрын, LHC жобасына көшкенге дейін жобалық зерттеу жүргізді. Еуропадағы жұмыстар кездесулермен және халықаралық эксперименттер мен ынтымақтастыққа қатысу арқылы жалғасуда.
CERN did a design study a few years ago, before effort moved on to the LHC. Activities in Europe continue with meetings and involvement in international experiments and collaborations.
Жапондық дизайн
Бұл 1950 жылдардағы циклотрондардың элементтерін заманауи автоматтандырылған магниттік жобалау процестерімен және жаңа магниттік қорытпалы радиожиіліктік үдеткіштермен үйлестіретін, Fixed Field Alternating Gradient (FFAG) деп аталатын ерекше үдеткіштің негізінде құрылған. Оның басты артықшылығы – магниттік өрістердің өзгермейтін болуы және оларды сәулеге синхронды түрде келтіру қажеттігінің жоқтығы. Сәуленің энергиясы арта келе, ол табиғи түрде күшті өріс аймақтарына өтеді, бұл өте жылдам циклдік синхротрондарда кездесетін қиындықтарсыз өте жылдам үдетуге мүмкіндік береді.
This is based on an unusual type of accelerator called an Fixed Field Alternating Gradient (FFAG) that combines elements from the cyclotrons of the 1950s with modern automated magnet design processes, and new magnetic alloy radiofrequency accelerating gaps. The main advantage of these is that the magnetic fields are fixed and do not have to be synchronised to the beam in any way, yet the beam naturally moves into regions of higher field as its energy increases, allowing for very rapid acceleration without the difficulties found in very rapid cycling synchrotrons.