КОМПАС эксперимент - COMPASS experiment

Супер протонный синхротрон
(СПС)
LHC.svg
Ключевые эксперименты SPS
UA1Подземный участок 1
UA2Подземная зона 2
NA31NA31 Эксперимент
NA32Исследование образования очарования в адронных взаимодействиях с помощью кремниевых детекторов высокого разрешения
КОМПАСОбщий мюонный и протонный аппарат для структуры и спектроскопии
БЛЕСКЭксперимент с тяжелыми ионами и нейтрино SPS
NA62NA62 Эксперимент
Предускорители SPS
p и PbЛинейные ускорители за протоны (Linac 2) и Свинец (Linac 3)
(не отмечен)Протонный синхротронный ускоритель
PSПротонный синхротрон
КОМПАС эксперимент логотип

В NA58 эксперимент, или же КОМПАС (означает "Общий мюонный и протонный аппарат для структуры и спектроскопии") представляет собой эксперимент с неподвижной мишенью длиной 60 метров на линии пучка M2 СПС в ЦЕРН. Экспериментальный зал расположен в северной части ЦЕРН, недалеко от французской деревни Превессен-Моэн. Эксперимент представляет собой двухступенчатый спектрометр с многочисленными следящими детекторами, функцией идентификации частиц и калориметрии. Физические результаты извлекаются путем регистрации и анализа конечных состояний процессов рассеяния. Универсальная установка, использование различных мишеней и пучков частиц позволяют исследовать различные процессы. Основные цели физики - исследование спиновая структура нуклона и адронная спектроскопия. В коллаборации участвуют 220 физиков из 13 стран, 28 университетов и исследовательских институтов.

Цели истории и физики

Эксперимент КОМПАС был предложен в 1996 году и одобрен исследовательским комитетом ЦЕРН. В период с 1999 по 2001 год был проведен эксперимент, и, наконец, в 2001 году был проведен первый пуск в эксплуатацию. До начала LHC COMPASS был крупнейшим экспериментом по сбору данных в ЦЕРНе. Он также является пионером в применении новых технологий обнаружения и считывания данных, таких как MicroMegas, GEM детекторы и совсем недавно обнаружение фотонов THGEM. Сбор данных разделен на фазы КОМПАСА I и II.

КОМПАС I (2002-2011)

  • Спиновая структура нуклонов
  • Поляризация глюонов в нуклонах
  • u, d, s ароматическое разложение спина нуклона
  • Поперечный спин
  • Распределение поперечного импульса кварка
  • Поляризуемость пиона
  • Ищите экзотические состояния:
    • Спектроскопия легких мезонов
    • Барионная спектроскопия

КОМПАС II (2012-2021)

  • Нуклонная томография (глубокое виртуальное комптоновское рассеяние)
  • Распределение неполяризованных кварков по поперечному импульсу и странность
  • Поляризуемости пионов и каонов
  • Поляризованный Дрелл-Ян: универсальность распределения поперечного импульса
  • Трансверсальность d-кварка

Экспериментальный аппарат

Эксперимент состоит из трех основных частей: лучевого телескопа, целевой области и двухступенчатого спектрометра.

Пучок частиц

Линия пучка M2 может транспортировать различные вторичные и третичные пучки частиц, которые все происходят из суперпротонного синхротрона. Первичный пучок протонов (400 ГэВ / c и до 1,5E13 протонов на суперцикл) направляется на мишень для производства бериллия, производящую вторичные адроны, в основном состоящие из (анти) протонов, пионов и каонов. Производственная мишень и эксперимент разделены линией передачи длиной 1,1 км, что позволяет за счет слабого распада и использования массивных поглотителей адронов получать естественно поляризованный по спину пучок мюонов. Линия пучка предназначена для транспортировки пучков с импульсом до 280 ГэВ / c. Обычно КОМПАС использует пять разных лучей:

  • положительный и отрицательный мюон пучки с номинальным импульсом 160 ГэВ / c или 200 ГэВ / c,
  • положительный адрон пучки с номинальным импульсом 190 ГэВ / c и составом из 75% протонов, 24% пионов и 1% каонов,
  • отрицательный адрон пучки с номинальным импульсом 190 ГэВ / c и составом из 1% антипротонов, 97% пионов и 2% каонов,
  • низкая интенсивность электрон пучок для калибровочных целей (60 и 40 ГэВ / c).

Луч телескоп

Время и положение падающих частиц определяются с помощью холодных кремниевых полосовых детекторов и сцинтилляционных волоконных детекторов. Эта информация имеет решающее значение для определения точки взаимодействия внутри целевого материала. В зависимости от типа луча в телескоп луча делаются модификации:

  • Для мюонный пучок, импульс измеряется с помощью станций измерения импульса пучка,
  • Чтобы различать разные типы частиц в адронный пучок, используется черенковский детектор.

Цель

По цели физики нужна подходящая цель. поляризованный По физике вращения материала мишени должны быть ориентированы в одном направлении. Ячейка-мишень содержит аммоний или дейтерий, поляризованные с помощью микроволнового излучения и сильных магнитных полей. Чтобы сохранить уровень поляризации, 3Он/4Он холодильник для разбавления используется для охлаждения материала мишени до 50 мК. Материал мишени может быть поляризован продольно или поперек оси луча.

За неполяризованный В физике используется в основном жидкий водород, позволяющий изучать свойства протонов. Для другой физики, где необходимы высокие атомные номера, используются никель, свинец и другие ядерные мишени.

Основное преимущество эксперимента с фиксированной целью - большой акцепт. Из-за Повышение лоренца, большая часть конечных состояний и рассеянных частиц создается вдоль оси пучка. Это приводит к отличительной постановке эксперимента с неподвижной мишенью: большинство детекторов размещается за мишенью («прямой спектрометр»). Для некоторых процессов необходимо детектировать нуклон отдачи от мишени. Здесь используется детектор протонов отдачи, состоящий из двух цилиндров из сцинтилляционного материала. Протоны идентифицируются по времени пролета и потере энергии.

Спектрометр

Эксперимент COMPASS состоит из двух стадий спектрометра с различными типами отслеживающих детекторов, каждый из которых установлен вокруг магнита спектрометра для определения импульса частиц. Первый этап посвящен трекам с большими углами рассеяния (продукции), второй - малым. Кроме того, на первом этапе проводится Детектор Черенкова Ring-Imaging («RICH»), способный различать пионы и каоны от 10 до 50 ГэВ. Для измерения заряженных частиц используются следующие типы детекторов:

  • MicroMegas, детектор газа с микросеткой,
  • Pixelised MicroMegas,
  • Драгоценные камни, газоэлектронный умножитель,
  • Драгоценные камни в пикселях,
  • Дрейфовые камеры,
  • Соломинки ,
  • SciFis, сцинтилляционные волоконно-оптические станции,
  • MWPC, многопроволочные пропорциональные камеры,
  • Годоскопы, сцинтилляционный счетчик, используемый для запуска по рассеянным мюонам.

Нейтральные частицы, то есть фотоны, регистрируются электромагнитным калориметры. Энергия образовавшихся адронов определяется адронными калориметрами.

Смотрите также

внешняя ссылка