Эксперимент MICE по ионизационному охлаждению мюонов.
International Muon Ionization Cooling Experiment
Эксперимент MICE: охлаждение мюонов для будущих ускорителей. Снижение размера пучка и повышение интенсивности для фабрик нейтрино и коллайдеров мюонов.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Международный эксперимент по охлаждению ионизацией мюонов (или MICE) — это эксперимент по физике высоких энергий в лаборатории Резерфорда Эпплтона. Эксперимент является признанным экспериментом CERN (RE11). MICE предназначен для демонстрации ионизационного охлаждения мюонов. Это процесс, в ходе которого эмиттанс пучка уменьшается для сокращения его размера, чтобы большее количество мюонов можно было ускорить в ускорителях с меньшей апертурой и с использованием меньшего числа фокусирующих магнитов. Это может позволить создать мюонные ускорители высокой интенсивности, например, для использования в качестве фабрики нейтрино или мюонного коллайдера. MICE уменьшит поперечный эмиттанс мюонного пучка в одной 7-метровой охлаждающей ячейке и измерит это уменьшение. Изначальная конструкция MICE основывалась на схеме, представленной в Исследовании II, и была значительно пересмотрена в 2014 году. Эмиттанс мюонов измеряется с помощью сцинтиллирующих волоконных трековых детекторов в магнитном поле 4 Тесла как до, так и после основной охлаждающей ячейки. Перед первым трековым детектором может быть установлен диффузор для изучения охлаждения мюонных пучков с большим эмиттансом. Основная охлаждающая ячейка состоит из вторичного поглотителя LiH, радиочастотной резонатора, катушек для фокусировки пучка на центральный основной поглотитель (LiH или LH2), магнитных катушек для фокусировки пучка, выходящего из основного поглотителя, второго радиочастотного резонатора и другого вторичного поглотителя LiH. Хотя вторичные поглотители вносят вклад в охлаждение, их основная задача — останавливать электроны, высвобождаемые в радиочастотных резонаторах. Радиочастотные резонаторы предназначены для ускорения мюонов. Поскольку их нельзя синхронизировать с входящими мюонами, некоторые мюоны будут ускоряться, а другие — замедляться. Измерения времени пролета позволяют вычислить электрическое поле, которое мюоны испытывают в резонаторах. Основной поглотитель представляет собой диск LiH толщиной 65 мм. В качестве альтернативы можно использовать сосуд с жидким водородом длиной 350 мм.
The International Muon Ionization Cooling Experiment (or MICE) is a high energy physics experiment at the Rutherford Appleton Laboratory. The experiment is a recognized CERN experiment (RE11). MICE is designed to demonstrate ionization cooling of muons. This is a process whereby the emittance of a beam is reduced in order to reduce the beam size, so that more muons can be accelerated in smaller aperture accelerators and with fewer focussing magnets. This might enable the construction of high intensity muon accelerators, for example for use as a Neutrino Factory or Muon Collider. MICE will reduce the transverse emittance of a muon beam over a single 7 m cooling cell and measure that reduction. The original MICE design was based on a scheme outlined in Feasibility Study II., it was revised significantly in 2014. The muon emittance is measured with scintillating fibre tracking detectors in a 4 Tesla magnetic field both before and after the main cooling cell. A diffuser can be placed in front of the first tracking detector to study cooling of muon beams with larger emittance. The main cooling cell consists of a secondary LiH absorber, a radio frequency cavity (RF cavity), coils to focus the beam onto the central main absorber (LiH or LH2), magnet coils to focus the beam leaving the main absorber, a second RF cavity and another secondary LiH absorber. While the secondary absorbers contribute to cooling, their main purpose is to stop electrons released in the RF cavities. The RF cavities are designed to accelerate the muons. As they cannot be synchronized with the incoming muons, some muons will be accelerated while others will be decelerated. The time of flight measurements allow a calculation of the electric field the muons experienced in the cavities. The baseline main absorber is a LiH disk 65 mm thick. Alternatively, a 350 mm long liquid hydrogen vessel can be used.
Детекторы
Мюоны проходят через канал охлаждения по одному. Координаты фазового пространства мюонов будут измерены с помощью сцинтилляционных детекторов времени пролета и сцинтилляционных волоконных трековых детекторов выше и ниже по потоку от канала охлаждения. Мюоны будут идентифицироваться среди других частиц в пучке с использованием комбинации спектрометров и так называемых детекторов идентификации частиц (PID), трех сцинтилляционных детекторов времени пролета, детектора Черенкова и калориметра.
Muons pass through the cooling channel one by one. The muons' phase space coordinates will be measured by time of flight scintillators and scintillating fibre tracking detectors upstream and downstream of the cooling channel. Muons will be distinguished from other particles in the beam using a combination of the spectrometers and the so called Particle Identification (PID) detectors, three time of flight scintillators, a Cerenkov detector and a calorimeter.
Статус
С 2017 года установка MICE собирает данные, и рассматривается возможность модернизации с использованием более длинной криостата.
As of 2017, MICE is taking data, and upgrades to a longer cooling cell are considered.