[論文レビュー] The Very Low 1-9 GeV/c Tertiary Beam Extension of the H8 Beam Line of CERN SPS

I. Efthymiopoulos, A. Fabich|arXiv (Cornell University)|Jun 11, 2012

Particle Accelerators and Free-Electron Lasers被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、CERNのH8ビームラインに新設された三次ビームライン拡張の設計および初期性能を提示しており、LHC検出器システムのキャリブレーションに向けた低運動量粒子（1–9 GeV/c）の生成および輸送を可能にしている。2003–2004年のシャットダウン期間中に実施されたこのアップグレードでは、ビーム光学および磁気素子を変更し、ハドロンおよび電子の正確で安定したビームを供給する。初期の結果は、ターゲットの運動量範囲全域で正常な動作が確認されたことを示している。

ABSTRACT

The H8 beam line on the North Area of CERN SPS is a multipurpose experimental secondary particle beam able to transport particles of various types (hadrons, electrons, muons and ions) in a large momentum range from 10 GeV/c up to the top SPS energy (400 or 450 GeV/C). During the 2003-2004 shutdown the beam line was modified in order to accommodate a new tertiary beam line, able to produce and transport particles in the momentum range of 1 to 9 GeV/c. Such low momentum hadron and electron particle beams are requested by the LHC experiments in order to calibrate various sub-detector systems. The design and first performance results from this new tertiary beam are described here.

研究の動機と目的

• CERN SPSのH8ビームラインを拡張し、LHC検出器のキャリブレーションに向けた低運動量（1–9 GeV/c）の三次粒子ビームを供給すること。
• サブ検出器システムのキャリブレーションに不可欠な、非常に低運動量範囲における正確で安定したハドロンおよび電子ビームの必要性に対処すること。
• ビーム品質および輸送効率を新運動量範囲にわたって維持するビームライン拡張の設計および実装を行うこと。
• 初期運用結果によるビームライン性能の検証を通じて、将来の実験に耐えうる信頼性を確保すること。

提案手法

• 既存のH8ビームラインインfraストラクチャを改変し、専用の磁気素子を備えた新しい三次ビームラインを追加すること。
• 1–9 GeV/cの運動量範囲の粒子を焦点合わせおよび進行方向制御するためのビーム光学の調整を実施すること。
• 低運動量のハドロンおよび電子を生成するための二次粒子生成ターゲットの使用。
• 運用中のビーム品質および安定性をモニタリングするためのビーム診断およびフィードバックシステムの導入。
• 既存のCERN SPSインfraストラクチャへの新ビームラインの統合を、主な運用に最小限の影響を与える形で実施すること。
• 初期のコンMISSIONING走行における強度、位置、運動量分散の測定を通じて、ビームパラメータの検証。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 H8ビームラインをどのように拡張すれば、LHC検出器のキャリブレーションに適した安定した低運動量（1–9 GeV/c）粒子ビームを供給できるか？
• RQ2 1–9 GeV/c範囲の粒子を効率的に輸送するには、どのようなビーム光学および磁気構成が必要か？
• RQ3 このような非常に低い運動量での三次ビームの生成および維持における主な技術的課題は何か？
• RQ4 新ビームラインの性能は、設計仕様および運用要件と比較してどの程度か？
• RQ5 初期コンMISSIONINGおよび初期運用におけるビーム品質および安定性はいかがであったか？

主な発見

• 三次ビームラインは、1–9 GeV/cの運動量範囲の粒子ビームを正常に供給し、LHC実験のキャリブレーション要件を満たしている。
• 初期コンMISSIONING段階でビーム強度および安定性が確認され、ターゲットの運動量ウィンドウ全域で一貫した性能を示した。
• 改変されたビームラインは低発散度を維持し、正確な検出器キャリブレーションに不可欠な良好なビーム品質を確保している。
• 設計により、ハドロンおよび電子を含む複数の粒子種の輸送が可能であり、さまざまなLHCサブ検出器の要件を満たしている。
• 初期の運用結果は、信頼性の高いビーム供給および既存のCERN SPSインfraストラクチャとの互換性を示している。
• アップグレードは、主ビーム運用に影響を及げることなく、低運動量キャリブレーションビームの供給を実現するという主な目的を達成した。