Разработка источника мюонов и детекторной системы для поиска редких мюонных процессов

• Автор: Джилкибаев, Рашид Максудович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 236 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Метод получения сверхинтенсивного источника мюонов
1.1 Сечение рождения пионов в мишени протонами
1.1.1 Протоны с энергией 0.6 ГэВ
1.1.2 Протоны с энергией 8 ГэВ
1.2 Магнитная система мюонного источника
1.2.1 Магнитная система источника с магнитопроводом
1.2.2 Магнитная система без магнитопровода
1.3 Система формирования пучка
1.4 Мезонообразующая мишень источника
1.4.1 Мишень с радиационным охлаждением
1.4.2 Мишень с водяным охлаждением
1.5 Защита сверхпроводящего соленоида источника
1.6 Интенсивность источника мюонов
1.7 Выводы
2 Координатный детектор для магнитного спектрометра
2.1 Быстрая дрейфовая камера
2.1.1 Конструкция камеры
2.1.2 Координатное и временное разрешение камеры
2.1.3 Измерение <5-электронов
2.2 Двухкоординатная дрейфовая камера
2.2.1 Конструкция камеры
2.2.2 Координатное разрешение камеры без магнитного ноля
2.2.3 Координатное разрешение камеры в магнитном поле
2.2.4 Измерение дрейфа электронов ионизации в магнитном поле
2.3 Выводы
3 Прототип калориметра с кристаллами Р¥0
3.1 Исследование прототипа калориметра

3.2 Энергетическое разрешение калориметра
3.3 Измерение времени высвечивания кристалла PWO
3.4 Электроника калориметра
3.5 Шумы электроники
3.6 Исследование лавинных фотодиодов большой площади
3.7 Выводы
4 Метод обработки и реконструкции событий
4.1 Предварительная процедура отбора событий
4.2 Реконструкция трека на основе Кальман фильтра
4.3 Метод отбора событий на основе DAF фильтра
4.4 Комбинаторно-ограниченный Кальман фильтр
4.5 Реконструкция импульсов в процессах ц—+ е, д —» 3 е и д —» е у
4.6 Выводы
5 Детекторная система для поиска процесса fi~—► е~ конверсии
5.1 Основные фоновые процессы
5.2 Детекторная система эксперимента
5.2.1 Загрузка калориметра фоновыми процессами
5.2.2 Загрузка трекера фоновыми процессами
5.3 Достижимый уровень эксперимента
5.4 Выводы
6 Детекторная система для поиска процесса д+ —♦ е+ + е+ + е~
6.1 Основной фоновой процесс
6.2 Детекторная система эксперимента
6.3 Достижимый уровень эксперимента
6.4 Выводы
7 Детекторная система для поиска процесса д+ —> е+ + у
7.1 Основной фоновой процесс
7.2 Детекторная система эксперимента
7.3 Достижимый уровень эксперимента
7.4 Выводы
Заключение
Литература

Введение
Увеличение интенсивности источника мюонов на несколько порядков даст мощный стимул к повышению точности экспериментов по поиску редких мю-онных процессов: ц~ А —> е~А , ц+ —> е+е+е~~ и /г+ —> е+7, идущих с нарушением электронного и мюонного квантовых чисел. Обнаружение связи между семействами лептонов будет свидетельством существования принципиально новых физических явлений вне рамок Стандартной модели. Повышение точности экспериментов, несомненно, даст уникальную информацию о новых фундаментальных взаимодействиях элементарных частиц, происходящих на малых расстояниях. Обнаружение несохранения лептонных чисел будет иметь исключительно важное значение и для космологии.
Совокупность существующих экспериментальных данных, полученных в физике элементарных частиц, успешно описывается Стандартной моделью [1,2], включающей в себя теорию электрослабых взаимодействий и квантовую хромодинамику - современную теорию сильных взаимодействий. В то же время, не вызывает сомнений, что Стандартная модель не является окончательной теорией всех фундаментальных взаимодействий. Для преодоления внутренних проблем Стандартной модели был предложен целый ряд ее расширений, таких как суперсимметричные теории, теории великого объединения, расширенный техницвет, составные модели.
Поиск явлений и процессов, выходящих за пределы Стандартной модели [3-5], представляет собой одну из главных задач современной физики. Поиск возможен как в экспериментах ATLAS [6] и CMS [7] на коллайдерах с максимально доступной энергией (LHC, Tevatron), так и в прецизионных экспериментах, осуществляемых при относительно низких энергиях. При этом два указанных класса экспериментов дают взаимно дополняющую информа-
замыкания магнитного потока. Соленоид-коллиматор стального ярма не имеет.
Первоначально расчеты магнитной системы были выполнены при помощи программы MAGNUS [76], разработанной для трехмерных (3D) расчетов сложных магнитных систем.
Стальное ярмо прямоугольного поперечного сечения
Для замыкания магнитного потока в соленоидах большого диаметра была рассмотрена возможность применения стального ярма прямоугольного поперечного сечения, собранного из набора стальных полос. Применение такой конструкции существенно упрощает технологию изготовления ярма. С помощью программы MAGNUS [76], разработанной для 3D расчетов магнитных полей, было проведено сравнение характеристик магнитного поля внутри соленоида для случаев ярма в виде полого цилиндра и ярма с прямоугольным поперечным сечением. При этом толщины стенок ярма (торцевые и боковые) в обоих случаях были одинаковы и достаточны для полного замыкания магнитного потока. Проведенное сравнение показало, что применение стального ярма прямоугольного поперечного сечения не нарушает аксиальной симметрии поля внутри обмотки соленоида и не влияет на его величину. При этом предполагается, что площадь поперечного сечения стального ярма достаточна для полного замыкания магнитного потока.
Влияние воздушных зазоров в стальном ярме
Стальные магнитопроводы больших соленоидов в случае ярма с прямоугольным поперечным сечением проще всего изготовить из стальных блоков прямоугольного сечения, располагая их перпендикулярно по отношению к оси соленоидов. При этом между блоками возможно наличие воздушных зазоров, которые могут изменить магнитный поток и оказать влияние на магнитное поле внутри соленоида. Выполненные расчеты показали, что введение нескольких воздушных зазоров ( ~ 3) в направлении, поперечном по отношению к оси соленоида с суммарной толщиной зазоров вплоть до 10 см не вызывает искажений в поведение линий магнитной индукции внутри соленоида,