Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Супер протонный синхротрон
(SPS)
LHC.svg
Ключевые эксперименты SPS
UA1Подземный участок 1
UA2Подземная зона 2
NA31NA31 Эксперимент
NA32Исследование образования очарования в адронных взаимодействиях с помощью кремниевых детекторов высокого разрешения
КОМПАСОбщий мюонный и протонный аппарат для структуры и спектроскопии
БЛЕСКЭксперимент SPS с тяжелыми ионами и нейтрино
NA62NA62 Эксперимент
Предускорители SPS
p и PbЛинейные ускорители для протонов (Л 2) и свинца (Л 3)
(не отмечен)Протонный синхротронный ускоритель
PSПротонный синхротрон

NA62 эксперимент (известный как P-326 на стадии предложения) является физика элементарных частиц эксперимент в Северной зоне на ускорителе SPS в ЦЕРН . Эксперимент был одобрен в феврале 2007 года. Сбор данных начался в 2015 году, и ожидается, что эксперимент станет первым в мире, в котором будут исследованы распады заряженного каона с вероятностями до 10 −12 . Пресс-секретарь эксперимента - Кристина Лаззерони (с января 2019 г.). В сотрудничестве участвуют 333 человека из 30 организаций и 13 стран мира. [1]

Цели [ править ]

Эксперимент предназначен для проверки точности Стандартной модели путем изучения редких распадов заряженных каонов . Основная цель, для которой была оптимизирована конструкция, - это измерение скорости ультраредкого распада K +  → π + + ν + ν с точностью 10% путем обнаружения около 100 кандидатов на распад с низким фоном. . Это приведет к определению элемента матрицы CKM | В тд | с точностью лучше 10%. [2] Этот элемент очень точно связывает вероятность распада топ-кварков на даун-кварки.. В Particle Data Group «сек 2008 Обзор физики элементарных частиц списков | В тд | знак равно0,008 74+0,000 26
−0,000 37. [3] Параллельно выполняется обширная программа исследований физики каонов, включая исследования других редких распадов, поиск запрещенных распадов и новых экзотических частиц, не предсказываемых стандартной моделью (например, темных фотонов).

Экспериментальный аппарат [ править ]

Чтобы достичь желаемой точности, эксперимент NA62 требует определенного уровня подавления фона по отношению к силе сигнала. А именно, синхронизация с высоким разрешением (для поддержки высокоскоростной среды), кинематическое отклонение (включая вырезание квадрата недостающей массы наблюдаемых частиц в распаде относительно падающего вектора каона), идентификация частиц, герметичное вето. фотонов на большие углы и мюонов в пределах восприятия и избыточности информации. [4]

В связи с этим в эксперименте NA62 был сконструирован детектор длиной примерно 270 м. Компоненты эксперимента кратко поясняются ниже, для более подробной информации см. [5] .

Beam Line [ править ]

В основе эксперимента NA62 лежит наблюдение распада каонов. Для этого в эксперимент поступают два луча от СПС :

Первичный луч, называемый P42, используется для производства пучка K + . Пучок протонов с энергией 400 ГэВ / c разделяется на три ветви и поражает три цели (T2, T4 и T6). Это производит лучи вторичных частиц, которые направляются через подземный целевой туннель (TCC2). На выходе из Т4 пучок прошедших протонов проходит через отверстия в двух вертикально-моторизованных отводах пучков / коллиматоров.модули TAX 1 и TAX 2 для P42, в которых отверстия с разными отверстиями определяют угловой прием пучка и, следовательно, позволяют выбирать поток протонов в широком диапазоне. Чтобы защитить компоненты устройства, компьютерная программа наблюдения позволяет контролировать токи в основных магнитах вдоль линии луча P42 и закрывать Tax 2 в случае ошибки.

Линия вторичного луча, K12HIKA +, представляет собой линию луча каонов. Этот пучок разработан, чтобы исходить от протонов с высоким потоком 400 ГэВ / c на установке высокой интенсивности в Северной зоне. Туннель мишени / пучка, TCC8, и каверна, ECN3, где были установлены детекторы эксперимента NA48, имеют общую длину 270 м. Планируется повторно использовать существующую станцию ​​прицеливания T10 (расположенную в 15 м от начала TCC8) и установить вторичный луч вдоль существующей (прямой) линии луча K12 длиной 102 м до выхода конечного коллиматора, который отмечает начало реперной области распада и указывает на детекторы NA48 (особенно на электромагнитный калориметр на жидком криптоне, LKR).

Эти пучки приводят к 4,5 МГц распадов каонов в фидуциальной области с соотношением ~ 6% для распадов K + на поток адронов . [6]

Кедр / KTAG [ править ]

KTAG - это «метчик каонов», предназначенный для идентификации частиц в неразделенном адронном пучке. Этот детектор представляет собой дифференциальный черенковский счетчик (CERN west-area Cedar), оснащенный специальным детектором, состоящим из 8 матриц фотодетекторов (KTAG) [7] .

GigaTracker (GTK) [ править ]

Расположенный непосредственно перед областью распада каонов, GTK предназначен для измерения времени, направления и импульса всех траекторий луча. GTK - это спектрометр, который может обеспечивать измерения от входящего каонного пучка 75 ГэВ / c. Измерения GTK используются для выделения распада и уменьшения фона.

GTK состоит из трех разных станций, обозначенных GTK1, GTK2 и GTK3, в зависимости от порядка, в котором они находятся относительно пути луча. Они установлены вокруг четырех ахроматных магнитов (которые используются для отклонения луча). Вся система размещена вдоль луча и находится внутри вакуумного резервуара. [8]

ЧАНТИ [ править ]

Этот заряженный детектор анти-счетчика (CHANTI) в первую очередь предназначен для наложения вето на события с неупругим взаимодействием между частицами пучка и GTK3. Детектор состоит из шести плоскостей сцинтилляционных детекторов, окружающих луч.

Straw Tracker [ править ]

Луч каона проходит через область перед входом в область распада, область длиной примерно 60 м внутри большого вакуумного резервуара, после чего продукты распада обнаруживаются на станциях слежения за строу. Система измеряет направление и импульс вторичных заряженных частиц, приходящих из области распада. Этот спектрометр состоит из четырех камер, пересеченных высокоапертурным дипольным магнитом . Каждая из камер состоит из нескольких соломенных трубок, расположенных так, чтобы иметь четыре вида для получения четырех координат. Из 7168 соломинок во всей системе только одна была дефектной. Протекающая соломинка была закрыта, и детектор работал нормально в течение 2015 года. [9]

Photon Veto Systems [ править ]

Эксперимент имеет фотонную систему вето, которая обеспечивает герметичное покрытие от 0 до 50 миллирадиан. Эта система состоит из нескольких подсистем, охватывающих разные угловые диапазоны; большие углы Vetos (LAV) охватывают 8,5–50 мрад, калориметры жидкого криптона (LKr) покрывают 1–8,5 мрад и малоугловые Vetos (SAV) покрывают 0–1 мрад.

Large Angle Vetos (LAV) [ править ]

12 станций LAV состоят из четырех или пяти кольцевых сцинтилляционных детекторов из свинцового стекла, окружающих объем распада. Первые 11 станций работают в том же вакуумном резервуаре, что и объем распада и СОЛОМЫ, в то время как последняя камера (LAV12) расположена после RICH и работает на воздухе.

Малый угловой калориметр (SAV), промежуточный кольцевой калориметр (IRC) и малоугловой калориметр (SAC) [ править ]

IRC и SAC - это электромагнитные калориметры для отбора проб, состоящие из чередующихся слоев свинцовых и пластиковых сцинтилляторов. САК располагается в самом конце экспериментальной установки на одной линии с траекторией луча, но после того, как заряженные частицы отклоняются и отправляются в отвод луча. Это означает, что любые фотоны, движущиеся вдоль направления луча до угла 0, могут быть обнаружены.

Калориметр жидкого криптона (LKr) [ править ]

Детектор LKr повторно используется из NA48 с модернизированными системами считывания. Активный материал калориметра - жидкий криптон. Электромагнитные ливни, инициированные заряженными частицами или фотонами, обнаруживаются с помощью ионизационных электронов, которые дрейфуют к анодам, расположенным внутри жидкого криптона. Сигналы усиливаются и передаются в системы считывания.

Кольцевой черенковский детектор (RICH) [ править ]

RICH предназначен для различения пионов и мюонов для частиц с импульсом от 15 до 35 ГэВ / c. Он состоит из сосуда длиной 17,5 м и диаметром до 4,2 м, заполненного газообразным азотом (около 990 мбар). Когда заряженные частицы проходят через газ, черенковские фотоны испускаются под фиксированным углом, определяемым импульсом и массой частицы, а также давлением газообразного азота. Фотоны отражаются от массива зеркал на нижнем конце RICH и обнаруживаются двумя матрицами детекторов на фотоумножителях на верхнем конце сосуда.

Заряженные годоскопы (NA48-CHOD & CHOD) [ править ]

Детекторы CHOD представляют собой сцинтилляционные детекторы, которые обеспечивают вход в триггерную систему, обнаруживающую заряженные частицы. Система состоит из детектора NA48-CHOD, повторно использованного в эксперименте NA48 и сформированного из двух плоскостей сцинтилляционных полосок, расположенных вертикально и горизонтально, и вновь сконструированного CHOD, построенного из массива сцинтилляционных плиток, считываемых кремниевыми фотоумножителями.

Адронные калориметры (MUV1 и MUV2) [ править ]

MUV1 и MUV2 - это адронные калориметры для отбора проб, состоящие из чередующихся слоев железа и сцинтилляторов. Недавно построенный MUV1 имеет тонкую поперечную сегментацию для разделения электромагнитных и адронных компонентов ливней, а MUV2 повторно используется из NA48.

Детектор мюонного вето (MUV3) [ править ]

MUV3 построен из плоскости сцинтилляционных плиток, считывается парой фотоумножителей и расположен за 80-сантиметровой железной стенкой, которая блокирует частицы, оставляя только мюоны для обнаружения. Этот детектор обеспечивает быстрое вето мюонов на уровне запуска и используется для идентификации мюонов на уровне анализа.

Данные [ редактировать ]

В ходе эксперимента было проведено несколько тестов, чтобы убедиться, что новые компоненты детектора работают должным образом. Первый физический прогон с почти полным детектором состоялся в 2015 году. NA62 собирал данные в 2016, 2017 и 2018 годах перед длительным остановом в ЦЕРН 2. Анализ данных продолжается, и некоторые результаты находятся в стадии подготовки.

В рамках эксперимента несколько документов были созданы и находятся в процессе создания. Список опубликованных работ по эксперименту NA62 можно найти здесь .

Результаты [ править ]

[ редактировать ]

Данные за 2016 г. [ править ]

Опубликованные результаты: [10] .

Данные за 2017 г. [ править ]

Результаты впервые представлены на конференции KAON19 .

Forbidden Decays [ править ]

(Нарушение лептонного числа) [ править ]

Опубликованных результатов: [11]

Экзотика [ править ]

Тяжелый нейтральный лептон [ править ]

Опубликованных результатов: [12]

Темный фотон [ править ]

Опубликованных результатов: [13]

См. Также [ править ]

  • NA48 эксперимент
  • CERN NA62 Главная
  • Веб-сайт NA62
  • Опубликованные статьи NA62 и NA48

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Детали эксперимента" . greybook.cern.ch . Проверено 6 апреля 2016 .
  2. ^ «Предложение по измерению редкого распада K + → π + νν¯ на ЦЕРН SPS» (PDF) .
  3. ^ К. Амслер; и другие. (2008). «Обзор физики частиц» (PDF) . Физика Письма Б . 667 (1–5): 1–1340. Bibcode : 2008PhLB..667 .... 1A . DOI : 10.1016 / j.physletb.2008.07.018 .
  4. ^ "ЦЕРН-PH-NA62" . na62.web.cern.ch . Проверено 6 апреля 2016 .
  5. ^ Эдуардо Кортина Хиль; и другие. (2017). «Луч и детектор эксперимента NA62 в ЦЕРНе». JINST . 12 (5): P05025. arXiv : 1703.08501 . Bibcode : 2017JInst..12P5025C . DOI : 10.1088 / 1748-0221 / 12/05 / P05025 .
  6. ^ "Линия пучка K +" (PDF) . ЦЕРН.
  7. ^ Evgueni Goudzovski; и другие. (2015). «Разработка системы мечения каонов для эксперимента NA62 в ЦЕРНе». Ядерные инструменты и методы в физических исследованиях Секция A: Ускорители, спектрометры, детекторы и связанное с ними оборудование . 801 : 86–94. arXiv : 1509.03773 . Bibcode : 2015NIMPA.801 ... 86G . DOI : 10.1016 / j.nima.2015.08.015 .
  8. ^ " Gigatracker (GTK) ". ЦЕРН
  9. ^ " Отчет о состоянии NA62 2015 в ЦЕРН SPSC ". ЦЕРН
  10. ^ Э. Кортина Гил; и другие. (Сотрудничество NA62) (2019). «Первые поиски использования техники распада в полете» . Физика Письма Б . 791 : 156–166. DOI : 10.1016 / j.physletb.2019.01.067 . K + → π + ν ν ¯ {\ Displaystyle К ^ {+} \ rightarrow \ pi ^ {+} \ nu {\ overline {\ nu}}}
  11. ^ Э. Кортина Гил; и другие. (Сотрудничество NA62) (2019). «Поиски распадов, нарушающих лептонное число » . Физика Письма Б . 797 : 134794. дои : 10.1016 / j.physletb.2019.07.041 . K + {\ displaystyle K ^ {+}}
  12. ^ Э. Кортина Гил; и другие. (Сотрудничество NA62) (2018). «Поиск образования тяжелых нейтральных лептонов в распадах» . Физика Письма Б . 778 : 137–145. DOI : 10.1016 / j.physletb.2018.01.031 . K + {\ displaystyle K ^ {+}}
  13. ^ Э. Кортина Гил; и другие. (Сотрудничество NA62) (2019). «Поиск рождения невидимого темного фотона в распадах» . Журнал физики высоких энергий . 2019 : 182. DOI : 10.1007 / JHEP05 (2019) 182 . π 0 {\ displaystyle \ pi ^ {0}}

Дальнейшее чтение [ править ]

  • «Предложение по измерению редкого распада K +  → π + ν ν на SPS в ЦЕРНе» (PDF) . ЦЕРН . 11 июня 2005 г. CERN-SPSC-2005-013 . Проверено 28 сентября 2009 .
  • «Технический проект NA62» . ЦЕРН . Декабрь 2010 г. ЦЕРН NA62-10-07 . Проверено 29 апреля 2011 .
  • Андреас Винхарт (15 июля 2009 г.). «Прецизионный тест на универсальность лептона в распадах K  → lν с помощью NA62 в ЦЕРНе» (PDF) . Семинар по ЭМГ . Проверено 28 сентября 2009 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Сайт NA62
  • NA62 ЦЕРН