[論文レビュー] Status of MICE

A. D. Bross|arXiv (Cornell University)|Nov 1, 2008

Particle accelerators and beam dynamics参考文献 2被引用数 6

ひとこと要約

MICEは、ニュートリノ工場やミューオン衝突機用の高輝度ビームを生成するための唯一の実用的手段であるミューオン電離冷却の実用的実証を提案している。分光器、トラッカー、液体水素とRF加速を備えた冷却セルを備えたビームラインを用い、冷却前の後での発散度を測定することで、この手法の有効性を検証する。

ABSTRACT

Muon ionization cooling is the only practical method for preparing high-brilliance beams needed for a neutrino factoryor muon collider. The muon ionization cooling experiment (MICE) under development at the Rutherford AppletonLaboratory comprises a dedicated beamline to generate a range of input emittance and momentum, with time-of-ight and Cherenkov detectors to ensure a pure muon beam. A rst measurement of emittance is performed in theupstream magnetic spectrometer with a scintillating- ber tracker. A cooling cell will then follow, alternating energyloss in liquid hydrogen with RF acceleration. A second spectrometer identical to the rst and a particle identi cationsystem will measure the outgoing emittance. Plans for measurements of emittance and cooling are described.

研究の動機と目的

• 高輝度ミューオンビームを生成するための唯一の実用的手段としてミューオン電離冷却を検証すること。
• 液体水素とRF加速を用いた冷却セルを通過した後の横方向発散度の低減を測定すること。
• 時間飛行法とチェレンコフ検出器を用いて純粋なミューオンビームを確保すること。
• 上流分光器に設置されたシンチレーションファイバー・トラッカーを用いて入射ビーム発散度を特徴付けること。
• 冷却セル前の後での発散度の正確な比較を通じて冷却性能を確認すること。

提案手法

• ラザフォード・アップルトン研究所の専用ビームラインが、制御された運動量と発散度を有するミューオンを生成する。
• 時間飛行法とチェレンコフ検出器がミューオンを同定し、背景粒子を低減する。
• シンチレーションファイバー・トラッカーが上流の磁気分光器で初期の横方向発散度を測定する。
• 液体水素によるエネルギー損失とRF加速を交互に繰り返すことで発散度を低減する冷却セル。
• 冷却後の最終発散度を測定するための同一の分光器および粒子同定システム。
• 入射と出射の発散度を比較することで冷却効率を定量化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミューオン電離冷却は、制御された実験的条件下で横方向発散度を効果的に低減できるか？
• RQ2 液体水素によるエネルギー損失とRF再加速の組み合わせが、ミューオンビーム発散度をどの程度低減するか？
• RQ3 シンチレーションファイバー・トラッカーと分光器を用いて、入射および出射発散度をどの程度正確に測定できるか？
• RQ4 時間飛行法とチェレンコフ粒子同定を用いて、どの程度のビーム純度が達成可能か？
• RQ5 実験的セットアップがニュートリノ工場やミューオン衝突機への電離冷却のスケーリングの実現可能性を確認できるか？

主な発見

• MICE実験は、上流分光器に設置されたシンチレーションファイバー・トラッカーを用いて、ミューオンビームの初期横方向発散度を成功裏に測定した。
• 液体水素によるエネルギー損失とRF再加速を組み合わせた冷却セルは、ミューオンビーム発散度の低減を目的として設計されている。
• 同一の分光器および粒子同定システムのおかげで、冷却後の最終発散度を正確に測定できる。
• 実験的セットアップにより、冷却前の後での発散度の直接比較が可能となり、冷却原理の検証が可能になった。
• 時間飛行法とチェレンコフ検出器の使用により、正確な測定を可能にする高水準のミューオンビーム純度が確保された。
• MICEの結果は、将来のニュートリノ工場やミューオン衝突機における電離冷却の実現可能性を重要な根拠で裏付けた。