Mu2e - Mu2e
Mu2e , nebo mion -to- Electron konverze experimentu , je částice fyzikální experiment u Fermilab v USA. Cílem experimentu je identifikovat fyziku nad rámec standardního modelu , konkrétně konverzi mionů na elektrony bez emise neutrin , ke které dochází v řadě teoretických modelů. Mluvčí projektu Jim Miller přirovnává tento proces k neutrinové oscilaci , ale pro nabité leptony . Pozorování tohoto procesu pomůže zúžit rozsah věrohodných teorií. Experiment bude 10 000krát citlivější než předchozí experimenty s přeměnou mionu na elektrony a energie sondy se zvýší až na 10 000 TeV .
Časová osa
Předchozí práce
Fyzici hledají porušování příchutí od 40. let 20. století. Porušování chutí neutrin bylo prokázáno v roce 1998 experimentem Super-Kamiokande v Japonsku.
V roce 1989 navrhli ruští fyzici Vladimir Lobashev a Rashid Djilkibaev experiment, který by hledal porušení leptonové chuti. Experiment s názvem MELC probíhal od roku 1992 do roku 1995 v moskevské továrně Meson v Institutu pro jaderný výzkum v Rusku, poté byl ukončen kvůli politické a ekonomické krizi té doby.
V roce 1997 navrhl americký fyzik William Molzon podobný experiment v Brookhaven National Laboratory . Výzkum a vývoj experimentu MECO začal v roce 2001, ale financování bylo zastaveno v roce 2005.
Rozvoj
Mu2e je založen na experimentu MECO navrženém v Brookhavenu a na dřívějším experimentu MELC v ruském Ústavu pro jaderný výzkum. Výzkum a vývoj experimentu Mu2e začal v roce 2009 a koncepční návrh byl dokončen v polovině roku 2011. V červenci 2012 obdržela společnost Mu2e od ministerstva energetiky schválení Kritického rozhodnutí 1 (druhá z pěti úrovní kritického rozhodování) , přibližně měsíc po počáteční kontrole. Projektový manažer Ron Ray tvrdil: „Nevím o žádném jiném projektu, který by po kontrole rychle odhlásil.“ Financováním Mu2e experimentu bylo doporučeno v Department of Energy ‚s částicové fyziky stanovení priorit mezi projekty panelech , ve své zprávě 2014.
Konstrukce a provoz
Průlom v hale detektoru proběhl 18. dubna 2015, přičemž dokončení haly se očekává koncem roku 2016. Uvedení experimentu do provozu se očekává v roce 2019 a předběžné výsledky jsou možné kolem roku 2020. Očekává se, že experiment bude probíhat tři let.
Pozdější vylepšení detektoru mohou zvýšit citlivost experimentu o jeden až dva řády, což umožňuje podrobnější studium jakékoli konverze nabitého leptonu, která může být objevena v počátečním běhu.
Design
Přístroj Mu2e bude mít délku 28 stop a bude se skládat ze tří částí. Celková cena experimentu je 271 milionů $.
Produkce mionů
Repasované prvky z urychlovače Tevatron budou použity ke generování a dodání protonového paprsku 8 GeV . Protony by byly extrahovány z doručovacího prstence Fermilab pomocí nelineárního procesu extrakce rezonancí třetího celého čísla a posílány pulzy k wolframovému cíli. Tyto protony pak narazí na cíl produkce wolframu v produkčním solenoidu a vytvoří kaskádu částic včetně pionů , které se rozpadají na miony. Mu2e bude produkovat mezi 200 a 500 kvadrilliony (2 × 10 17 až 5 × 10 17 ) mionů ročně. Na každých 300 protonů zasažených do produkčního cíle vstoupí do transportního solenoidu asi jeden mion.
Doprava
4,5- Tesla magnetické pole výrobní solenoidu bude řídit některé z částic vyrobených do tvaru S 2-Tesla evakuované dopravní elektromagnet, který se skládá z 50 jednotlivých supravodivých elektromagnetů, které se vyberou miony od náboje a hybnost, a provádět požadované pomalé miony k detektoru po určité době.
Detekce
Při vstupu do solenoidu detektoru miony zasáhnou (a zastaví se uvnitř) hliníkový terč o tloušťce asi 0,2 mm a vstoupí do orbitalů kolem jader uvnitř cíle. Jakékoli miony, které se přemění na elektrony bez emise neutrin, uniknou z těchto orbitalů a vstoupí do detektoru s charakteristickou energií 104,97 MeV (což je mionová hmotnost minus vazebná energie asi 0,5 MeV a energie jaderného zpětného rázu asi 0,2 MeV).
Samotný detektor se skládá ze dvou složek: sledovač slámy pro měření hybnosti odcházejících částic; a elektromagnetický kalorimetr k identifikaci interakcí částic, které se mají zaznamenat pro další studium, k identifikaci toho, jaký typ částic prošel sledovačem, a k potvrzení měření sledovače. Elektron s energií kolem 105 MeV bude indikovat, že elektron vznikl při neutronové přeměně mionu.
Aby sledovač co nejméně narušil dráhu elektronů, používá sledovač co nejméně materiálu. Drát komora sledovač se skládá z panelů 15 až mikrometrů -thick brčka z metalizovaných mylar naplněné argonem a oxidem uhličitým , nejtenčí takové brčka někdy používá ve fyzice částic experimentu. Elektronika na každém konci brčka zaznamenává signál produkovaný při interakci elektronů s plynem ve slámě, což umožňuje rekonstruovat trajektorii elektronů.
Citlivost
Rychlost konverze bezneutrinového z miony do elektronů byl dříve omezeny MEG experimentu na méně než 2,4 x 10 -12 , a dále omezeny na 7 x 10 -13 do SINDRUM II experimentu v Paul Scherrer Institute ve Švýcarsku. Mu2e má očekávanou citlivost 5 × 10 −17 , o čtyři řády větší než SINDRUM II, což znamená, že uvidí signál, pokud se ze 100 kvadrillionů mónů transformuje na elektron.
Spolupráce
K říjnu 2018 zahrnovala spolupráce Mu2e 240 lidí ze 40 institucí v šesti zemích. Spolupráci vedou spolu mluvčí Douglas Glenzinski (Fermilab) a Jim Miller (Boston University). Projektovým manažerem pro Mu2e je Ron Ray; zástupkyní projektové manažerky je Julie Whitmore.
Viz také
Reference
externí odkazy
- Erlich, Ralfe. „Experiment Mu2e“ (PDF) . Max-Planck-Institut für Kernphysik.
