WISARD 실험

WISArD experiment
온라인 장치의 동위원소 구분 기호
(ISOLDE)
ISOLDE 실험 설정 목록
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기타시설
메디시스ISOLDE에서 수집한 의료 동위원소
508솔리드 스테이트 물리 연구소
WISARD에서 ISOLDE 빔라인 보기

32Ar 붕괴에 대한 약한 상호 작용 연구(WISARD) 실험은 CERN의 ISOLDE 시설에 위치한 영구적인 실험 설정입니다.이 실험의 목적은 [1]핵에서 방출되는 베타 지연 양성자를 찾아 약한 상호작용을 조사하는 것입니다.긴 셧다운 2 동안 온라인 동위원소 생성이 없는 경우, 실험 설정은 베타 에너지 [2]스펙트럼의 모양을 측정하는 데에도 사용되었습니다.이 실험의 목표는 [3]약한 상호 작용에서 전류에 대한 기존 한계를 확장하여 표준 모델(SM) 이상의 물리학을 검색하는 것입니다.

WISARD 실험 설정은 WICE 실험의 초전도 자석과 기존 [4][3]인프라를 재사용합니다.

배경

표준 모형은 네 가지 기본 상호작용 중 세 가지를 설명하고 알려진 모든 기본 입자를 분류합니다.힉스 입자의 발견으로 본질적으로 확인되었지만, 특히 약한 상호 작용과 관련하여 여전히 많은 미답의 질문이 있습니다.표준 모델은 약한 상호 작용에 대해 특정 벡터 – 축 벡터(V – A) 형식을 제안하지만, 다른 기여는 이론에서 제외되지 않습니다.순수한 페르미(F) 또는 순수한 가모-텔러(GT) 붕괴와 같이 잘 선택된 베타 붕괴의 측정은 베타 붕괴가 핵 구조와 관련된 효과로부터 최소한의 교란을 일으키고 순수한 전이는 기본 핵 [3][5]상호 작용과 독립적이기 때문에 이러한 다른 기여에 대한 실험적 증거를 제공할 수 있습니다.

베타 입자와 중성미자의 운동량을 결정함으로써 비SM 기여도를 정량화하는 상관 계수를 [3]결정할 수 있습니다.하지만 이런 종류의 실험에서 중성미자를 관찰하고 측정하는 것은 본질적으로 불가능합니다.베타 입자와 베타 붕괴 딸의 반동을 측정하여 3체 운동학에서 특성을 결정할 수 있습니다.WISARD 실험에서 반동의 측정은 반동 핵에 의해 방출되는 양성자의 특성의 측정으로 대체됩니다.베타 입자와 관련하여 실험 설정의 동일한 반구와 반대 반구에서 방출된 양성자의 에너지를 비교함으로써 두 경우 사이의 운동학적 변화를 측정할 수 있습니다.이러한 운동학적 변화는 베타-중성미자 상관관계를 추론하는 데 필요한 정보를 전달하므로 표준 [6][7][3]모델을 넘어 물리학에 대한 액세스를 제공합니다.

또는 연속 베타 에너지 스펙트럼의 모양을 매우 정밀하게 측정하여 비SM 기여도를 연구할 수 있습니다.검출기에서 베타 입자는 궤도를 따라 큰 각도의 편향을 겪으며 검출기에 들어간 입자는 동일한 표면에서 다시 나타나기에 충분한 편향을 겪을 수 있습니다.이를 후방 산란이라고 하며, 기존 스펙트럼 형상 측정의 본질적인 한계입니다.WISARD에서 이 문제는 높은 자기장에 두 개의 검출기를 마주보고 설치하여 후방 산란 베타 입자를 상대 검출기 [2]쪽으로 효과적으로 안내함으로써 완화됩니다.

실험 설정

아르곤 동위원소 Ar의 방사성 이온 빔(RIB)은 ISOLDE 시설에서 스팔레이션 반응(고에너지 입자에 의해 폭격되는 표적)으로 생성된 다음,[3] 표적으로부터 아르곤 원자의 열 확산으로 생성됩니다.빔은 HRS(High Resolution Separator)[6][3] 또는 GPS(General Purpose Separator)에 의해 질량 분리되기 전에 추출 및 가속됩니다.그런 다음 이 빔은 [6]빔라인을 통해 WISArD 실험 설정으로 전송됩니다.

WISARD 빔 전송 시스템은 이온 소스(IBM), 수평(HBL), 수직(VBL) 및 솔레노이드 자석(SBL) 빔 라인으로 구성됩니다.IBL은 안정적인 이온 빔을 제공하며 이온화 장치, 원뿔형 흑연 실린더, 추출 전극 및 추출 렌즈로 구성됩니다.HBL은 두 개의 키커-벤더 어셈블리와 고전압 아인젤 렌즈로 구성된 후속 섹션으로 RIB를 전송합니다.VBL은 원통형 전극을 사용하여 빔을 SBL 영역에 초점을 맞추고 주입하며, 극두 전극은 아인젤 [3][8]렌즈로 사용됩니다.초전도 자석 섹션은 이전의 WHITH 자석을 사용하여 최대 9T의 필드를 생성하고 진공 [9]튜브를 둘러싸고 있습니다.

검출 설정(DSET2018)은 검출기를 지지하고 어셈블리를 구속하는 알루미늄 로드 4개로 구성됩니다.또한 베타 입자 검출에 사용되는 섬광 검출기, 베타 지연 양성자를 검출하기 위한 실리콘 검출기, 방사성 아르곤 빔을 주입하기 위한 캐처 포일 및 Po 알파 [3]소스가 있습니다.캐처 포일은 자기장의 중앙에 위치하며, 실리콘 검출기 4개는 위, 4개는 [10]아래에 위치합니다.양전자는 [6]자기장에 의해 섬광 검출기로 유도됩니다.

업그레이드

2018년 WISArD의 초기 실행 이후, [3]설정에 대한 몇 가지 업그레이드가 이루어졌습니다.

2018년 11월부터 [7]Upg2021까지 이온 빔 시스템의 총 수송 효율이 12%에서 90%에 가깝게 향상되었습니다.이는 빔 라인의 정전기 요소를 최적화하고, 빔이 프린지 필드 [3]영역에 들어가기 전에 빔을 집중시킴으로써 프린지 필드(외부 자기장)의 효과를 감소시킴으로써 수행되었습니다.

새로운 실리콘 검출기는 실험에 맞게 제작되어 솔리드 앵글 커버리지와 에너지 분해능을 향상시켰습니다.또한 검출 임계값을 낮추어 후방 [7][3]산란의 영향을 제한하기 위해 플라스틱 섬광 검출기를 수정했습니다.또한, 상관 [3]계수에 대한 원하는 정밀도 수준에 도달하는 데 필요한 정보인 아르곤 빔의 위치와 확장을 측정하기 위해 더 나은 소형 마이크로채널 플레이트(MCP)가 설계되었습니다.

결과.

2018년 11월 Ar과의 첫 번째 베타 중성미자 상관 캠페인의 결과는 양성자 운동학적 에너지 이동을 성공적으로 측정하고 [6]시스템을 테스트하여 원리 증명을 보여주었습니다.2021년의 새로운 테스트 실행은 새로운 설정 작업의 모든 구성 요소와 첫 번째 캠페인과 관련된 개선 사항이 [3]달성될 수 있음을 보여주었습니다.2024년 상반기에 Ar을 이용한 본격적인 실험이 진행될 것으로 예상됩니다.

2020년 11월과 12월에 In을 사용하여 첫 번째 베타 스펙트럼 형태 측정을 수행했습니다.이것은 그러한 무거운 [2]핵에 대한 약한 상호 작용 주도 베타 붕괴에 대한 강한 상호 작용의 영향의 주요 부분을 포함하는 약한 자성 폼 팩터의 첫 번째 실험 결정을 산출했습니다.그 결과는 대신 다중 와이어 드리프트 챔버 기반 베타 분광계를 [11]사용한 쌍둥이 실험의 결과와 일치합니다.

레퍼런스

  1. ^ "WISArD ISOLDE". isolde.cern. Retrieved 2023-08-16.
  2. ^ a b c Vanlagendonck, Simon; Severjins, Natalie (2023). "The Effect of Weak Magnetism on the Shape of the 114In Beta Energy Spectrum". PhD Thesis, KU Leuven.
  3. ^ a b c d e f g h i j k l m n Atanasov, D.; Cresto, F.; Nies, L.; Pomorski, M.; Versteegen, M.; Alfaurt, P.; Araujo-Escalona, V.; Ascher, P.; Blank, B.; Daudin, L.; Guillet, D.; Fléchard, X.; Ha, J.; Husson, A.; Gerbaux, M. (2023-05-01). "Experimental setup for Weak Interaction Studies with Radioactive ion-beams WISArD". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 1050: 168159. doi:10.1016/j.nima.2023.168159. ISSN 0168-9002.
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  8. ^ Alfaurt, P.; Ascher, P.; Atanasov, D.; Blank, B.; Cresto, F.; Daudin, L.; Fléchard, X.; Gerbaux, M.; Giovinazzo, J.; Grévy, S.; Kurtukian-Nieto, T.; Liénard, E.; Pomorski, M.; Severijns, N.; Vanlangendonck, S. (2 March 2022). "WISArD : Weak Interaction Studies with 32Ar Decay". Sissa Medialab: 449. doi:10.22323/1.380.0449. {{cite journal}}:저널 요구 사항 인용 journal=(도움말)
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  11. ^ De Keukeleere, Lennert (7 Sep 2021). "Beta spectrum shape measurements using a multi-wire drift chamber" (PDF). PANIC2021 Conference.