Моделирование экспериментов с ультрахолодными нейтронами

• Автор: Фомин, Алексей Константинович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Гатчина
• Количество страниц: 106 с. : ил.

Глава 1. Пакет программ для моделирования экспериментов с

Глава 2. Моделирование эксперимента по измерению времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой и с покрытием из низкотемпературного фомблина

2.1. Введение

2.2. Экспериментальная установка для измерения времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой УХН

2.3. Методы экстраполяции к времени жизни нейтрона

2.4. Вычисление эффективной частоты соударений

2.5. Монте-Карло моделирование эксперимента

Глава 3. Моделирование мультикамерного ЭДМ спектрометра

3.1. Введение

3.2. Обзор измерений ЭДМ нейтрона

3.3. Предложенная схема эксперимента и ее преимущества
3.4. Компенсация флуктуаций магнитного поля мультикамерным
ЭДМ спектрометром
3.5. Математическая модель мультикамерного ЭДМ спектрометра
3.6. Схема обработки данных в мультикамерном ЭДМ спектрометре
3.7. Симуляция измерений ЭДМ нейтрона на математической модели в условиях нестабильности магнитного поля с неоднородными флуктуациями
3.8. Сигнал от ЭДМ нейтрона в мультикамерном спектрометре. Подавление возможных фальшь эффектов, вызванных токами утечки
3.9. Рассмотрение других систематических эффектов
3.10. Поляризация УХН в схеме мультикамерного ЭДМ спектрометра. Тестовые эксперименты
3.11. Детектор УХН с анализом поляризации
3.12. Статистическая точность измерений мультикамерным ЭДМ спектрометром

3.13. Сравнение чувствительности существующих экспериментов с проектной чувствительностью предложенного эксперимента
3.14. Сравнение чувствительности существующих ЭДМ спектрометров с чувствительностью предложенного ЭДМ спектрометра в условиях одинаковой плотности УХН
3.15. Модель мультикамерного ЭДМ спектрометра (мини ЭДМ спектрометр)
3.16. План реализации нового ЭДМ эксперимента
Заключение
Литература

Ультрахолодные нейтроны (УХН) - нейтроны с энергией ~ 10'7 эВ. Замечательным свойством УХН является способность испытывать полное отражение от поверхности многих веществ [1-3]. Благодаря своим особенностям УХН используются для решения многих фундаментальных проблем физики элементарных частиц.
Постановка новых прецизионных экспериментов с ультрахолодными нейтронами в области фундаментальных исследований требует создания математических моделей этих экспериментов и проведения соответствующих расчетов на высоком уровне точности. Существуют модификации программ MORSE и GEANT4, в которых включено воздействие гравитации на траектории нейтронов при их движении. Плюсом этих программ является возможность быстрого задания геометрии объемов, в которых происходит хранение нейтронов и, соответственно, быстрая подготовка программы к запуску на счет. Однако их минусом является довольно длительное время счета. Из-за этого становится невозможным моделирование некоторых прецизионных экспериментов, когда используются вычислительные кластеры и время счета становится слишком большим.
Целью данной работы явилось:
1. Разработка пакета программ для моделирования экспериментов с УХН, который позволит ускорить время выполнения ресурсоемких расчетов в несколько раз.
2. Моделирование эксперимента по измерению времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой. Оценка уровня систематических ошибок с точностью 0.2-гО.3 с.
3. Моделирование эксперимента по поиску электрического дипольного момента нейтрона при помощи нового мультикамерного ЭДМ спектрометра ПИЯФ. Оценка уровня возможных систематических ошибок с точностью -2-10'28 е-см.
В первой главе диссертации описываются возможности разработанного пакета и приводятся результаты его тестирования. Тестирование проводилось путем сравнения результатов расчета с расчетом при помощи модификации программы GEANT4 [4]. Было выполнено два теста: прохождение ней-

только из уровня статистической точности. Допустимое значение для сге <2.5 пТ/м6 оценено из уровня статистической точности и фактора компенсации 100 раз. Допустимое значение для ст7 <0.1 пТ/м7.
Таблица 6. Измерения с флуктуациями 4 и 5 порядка.
Высоковольтные камеры (комагнитометры)
Результат (е-см) Порядок флуктуаций магнитного поля (^meas. _Ю0)
4 (о = 2.5 ПТ/М4) 5 (а = 2.5-10'1 пТ/м5)
1 D-°D 0 -1.10-10'27 ± 8.00-10'28
2 D (A5F)l-(A5F)r 0 (0) 5.77-10'27 ± 4.19-10'27 (6.87-10’27 ± 4.99-10'27)
3 ~ст2 z (ASF )L +(ASF)r 6.28-10'26 + 3.94-10'26 (6.75-10'28 ± 4.23-10'26) <10'3° (<Ю-30)
4 ~az 5F 0 (0) 5.95-10'27 ± 4.32-10'27 (7.36-10’27 ± 5.34-10'27)
5 ~ст0 F 1.80-10"25 ± 1.13-10'25 (2.99-10'25 ± 1.87-10'25) -6.36-Ю'30 + 3.80-Ю'30 (-6.45-10"30 ± 3.85-Ю'30)
6 _а3в дгъ (ASB)l ~(ASB)r 0 (0) 7.00-10'27 ± 4.52-10"27 (8.33-10‘27 ± 5.39-10‘27)
7 У в 8z2 (ASB)l+(ASB)r -3.95-10'26 ± 3.58-10'26 (-4.25-10'28 ± 3.85-10'26) <Ю'30 (<Ю'3°)
8 ~дВ ~ dz SB 0 (0) 7.21-10'27 ± 4.66-10"27 (8.92-10'27 ± 5.77-10-27)
9 ~АВ в -1.12-10'25± 1.02-10'25 (-1.87-10'25 ± 1.70-10'25) -2.58-10'3°± 3.70-10'30 (-2.57-Ю'30 ± 3.67-Ю'30)
10 d . 0± 1.68-10'25 (1.45-10‘2а± 4.24-10‘25) 5.77-10'27 ± 1.47-10‘26 (3.88-10'26 ± 4.62-10'26)
Наконец, таблица 8 показывает случай флуктуаций с градиентами по двум осям одновременно: аху, агх=2.5 пТ/м2. Такие флуктуации оказы-