Ang pagtatrabaho sa Shed Light sa Pamantayang Modelong Physical Physicle

Karaniwang mga pagkakaiba-iba ng magnetic field na nai-map ng tram sa iba’t ibang mga lokasyon sa imbakan loop ng eksperimento ng Muon g-2 ay ipinapakita sa mga bahagi bawat antas ng milyong. Kredito: Argonne National Laboratory

Pagma-map ng magnetikong larangan para sa eksperimento ng Fonilab na Muon g-2.

Habang hinihintay ng mga siyentista ang inaasahang unang resulta ng eksperimento ng Muon g-2 sa Fermi National Accelerator Laboratory ng Kagawaran ng Enerhiya (DOE), ang mga nakikipagtulungan na siyentipiko mula sa Argonne National Laboratory ng DOE ay patuloy na gumagamit at nagpapanatili ng natatanging sistema na nagpapapa sa magnetic field. . Eksperimento sa walang uliran katumpakan.

Ang mga siyentipiko ng Argonne ay na-upgrade ang sistema ng pagsukat na gumagamit ng isang advanced na scheme ng komunikasyon at mga bagong probe ng magnetikong patlang at electronics upang mapa ang lugar sa kahabaan ng 45-meter circumferential ring kung saan naganap ang eksperimento.

“Nagkaroon ng malaking pagkakaiba-iba sa pagitan ng pagsukat ni Brookhaven at ng hula ng teoretikal, at kung mapatunayan namin ang hindi pagkakapare-pareho nito, ituturo nito ang pagkakaroon ng mga hindi natuklasang mga maliit na butil.” – Simon Corrodi, kapwa postdoctoral sa departamento ng HEP ng Argonne

Ang eksperimento na nagsimula noong 2017 at nagpapatuloy ngayon ay maaaring maging napakahalaga para sa larangan ng pisika ng maliit na butil. Bilang pagpapatuloy ng isang nakaraang eksperimento sa Brookhaven National Laboratory ng DOE, mayroon itong kapangyarihan na kumpirmahin o bawasan ang mga nakaraang resulta na maaaring magbigay ng ilaw sa bisa ng mga bahagi ng umiiral na Pamantayang Modelong pisika ng maliit na butil.

Ang mga pagsukat na may mataas na katumpakan ng mga makabuluhang dami sa eksperimento ay mahalaga sa pagkuha ng mga makahulugang resulta. Ang pangunahing halaga ng interes ay ang g-factor ng muon, isang pag-aari na nagpapakilala sa mga katangian ng magnetiko at kabuuan ng mekanikal ng maliit na butil.

Tinantya ng Karaniwang Modelo ang halaga ng g factor ng muon nang tumpak. “Dahil malinaw na hinuhulaan ng teorya ang bilang na ito, ang pagsubok sa g factor sa pamamagitan ng eksperimento ay isang mabisang paraan upang masubukan ang teorya,” sabi ni Simon Corrodi, appointment ng postdoctoral sa departamento ng High Energy Physics (HEP) ni Argonne. “Nagkaroon ng malaking paglihis sa pagitan ng pagsukat ni Brookhaven at ng hula ng teoretikal, at kung mapatunayan namin ang hindi pagkakapare-pareho nito, ituturo nito ang pagkakaroon ng mga hindi natuklasang mga maliit na butil.”

Tulad ng pag-ikot ng axis ng Earth na umiikot – habang ang mga poste ay unti-unting gumagalaw sa mga bilog – ang pag-ikot ng muon, ang dami ng bersyon ng angular momentum, ay gumagalaw sa pagkakaroon ng isang magnetic field. Ang lakas ng magnetic field na nakapalibot sa isang muon ay nakakaapekto sa bilis ng pag-ikot ng muon. Matutukoy ng mga siyentista ang g factor ng muon gamit ang mga sukat ng paikot na tulin at lakas ng magnetic field.

Mas tumpak ang mga paunang pagsukat na ito, mas nakakumbinsi ang pangwakas na resulta. Ang mga siyentista ay patungo sa pagkamit ng tumpak na mga sukat sa patlang ng hanggang sa 70 bahagi bawat bilyon. Ang antas ng katumpakan na ito ay nagsisiguro na ang huling pagkalkula ng g-factor ay tumpak sa apat na beses sa katumpakan ng mga resulta ng eksperimento sa Brookhaven. Kung ang halagang sinusukat sa eksperimento ay naiiba nang malaki sa inaasahang Halaga ng Standard na Modelo, maaaring ipahiwatig nito ang pagkakaroon ng hindi kilalang mga maliit na butil na nakakagambala sa lokal na patlang na magnet sa paligid ng muon.

Pagsakay sa tram

Sa panahon ng pagkolekta ng data, ang magnetikong patlang ay nagdudulot ng isang muon beam na lumipat sa paligid ng isang malaking guwang na singsing. Upang mapa ang lakas ng magnetic field sa kabuuan ng singsing na may mataas na resolusyon at katumpakan, ang mga siyentista ay nagdisenyo ng isang sistema ng kotse upang himukin ang mga pagsisiyasat sa paligid ng ring at mangolekta ng data.

Fermilab Muon g-2 Test Car

Ganap na binuo system ng trolley na may gulong at bagong panlabas na barcode reader para sa pagmamaneho sa daang-bakal para sa tumpak na pagsukat ng posisyon. Ang 50 cm ang haba ng cylindrical shell ay sumasakop sa 17 NMR probe at pasadyang ginawa na pagbabasa at kontrolin ang electronics. Kredito: Argonne National Laboratory

Ang Heidelberg University ay bumuo ng system ng trolley para sa eksperimento sa Brookhaven, at inayos ng mga syentista ng Argonne ang kagamitan at binago ang electronics. Bilang karagdagan sa 378 na mga probe na naka-mount sa singsing upang masubaybayan ang tuluy-tuloy na pag-anod ng patlang, ang cart ay may 17 mga pagsisiyasat na pana-panahong sinusukat ang lugar na may mas mataas na resolusyon.

“Tuwing tatlong araw, ang kotse ay naglalakbay sa paligid ng singsing sa magkabilang direksyon at tumatagal ng halos 9,000 mga sukat bawat pagsisiyasat at direksyon,” sabi ni Corrodi. “Susunod, kumukuha kami ng mga hiwa ng magnetic field at pagkatapos ay ang mga sukat upang lumikha ng isang buong, 3-dimensional na mapa ng singsing.”

Alam ng mga siyentista ang eksaktong lokasyon ng kotse sa singsing mula sa isang bagong mambabasa ng barcode na nagtatala ng mga marka sa ilalim ng singsing habang umaandar ito.

Ang singsing ay puno ng isang vacuum upang mapadali ang kontroladong pagkabulok ng mga muons. Upang mapanatili ang vacuum sa loob ng singsing, isang garahe at vacuum na nakakabit sa singsing ang nag-iimbak ng cart sa pagitan ng mga sukat. Ang pag-automate ng proseso ng paglo-load at pagdiskarga ng cart sa singsing ay binabawasan ang panganib ng mga siyentipiko na ikompromiso ang vacuum at magnetic field sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa system. Pinaliit din nila ang pagkonsumo ng kuryente ng kuryente ng kotse upang malimitahan ang init na inilabas sa system, na kung hindi ay ikompromiso ang katumpakan ng pagsukat ng patlang.

Dinisenyo ng mga siyentista ang kotse at ang garahe upang gumana sa malakas na magnetic field ng singsing nang hindi ito naaapektuhan. “Gumamit kami ng isang motor na nagpapatakbo sa isang malakas na magnetic field at may kaunting magnetikong lagda, at ang motor ay gumagalaw ng kotse nang wala sa loob gamit ang mga string,” sabi ni Corrodi. “Binabawasan nito ang ingay sa mga sukat sa patlang na inaalok ng kagamitan.”

Gumagamit ang system ng pinakamaliit na dami ng magnetikong materyal na posible, at sinubukan ng mga siyentista ang magnetikong bakas ng paa ng bawat sangkap na gumagamit ng mga pagsubok na magnet. Unibersidad sa Washington at Argonne upang makilala ang pangkalahatang magnetic signature ng tram system.

Ang lakas ng komunikasyon

Ang isa sa dalawang mga kable na hinila ang cart sa paligid ng singsing ay gumaganap din bilang isang cable ng kuryente at komunikasyon sa pagitan ng control station at ng mga pagsisiyasat sa pagsukat.

Upang masukat ang lugar, nagpapadala ang mga siyentista ng dalas ng radyo sa pamamagitan ng cable sa 17 mga trolley na probe. Ang dalas ng radyo ay sanhi ng mga pag-ikot ng mga molekula sa loob ng probe na paikutin sa magnetic field. Pagkatapos ang dalas ng radyo ay napapatay sa tamang sandali lamang, na naging sanhi ng pagbilis ng mga molekula ng tubig. Ang pamamaraang ito ay tinatawag na nuclear magnetic resonance (NMR).

Ang dalas ng pag-ikot ng mga probe ay nakasalalay sa magnetic field sa singsing, at ang isang digitizer sa kotse ay binabago ang dalas ng analog na radyo sa maraming mga digital na halagang ipinadala sa pamamagitan ng cable sa isang control station. Sa istasyon ng kontrol, pinag-aaralan ng mga siyentista ang paikot na dalas ng paggalaw at digital na data mula dito upang lumikha ng isang kumpletong mapa ng patlang na magnet.

Sa panahon ng eksperimento sa Brookhaven, lahat ng mga senyas ay naipadala sa kable ng sabay. Gayunpaman, dahil sa analog-to-digital na pagbabago sa bagong eksperimento, higit na maraming data ang dapat maglakbay sa pamamagitan ng cable, at ang nadagdagang bilis na ito ay maaaring ibaluktot ang napaka tumpak na dalas ng radyo na kinakailangan para sa pagsukat ng pagsisiyasat. Upang maiwasan ang kaguluhan na ito, ang mga siyentista ay naglipat ng mga signal sa paglipas ng panahon, na lumilipat sa pagitan ng signal ng dalas ng radyo at komunikasyon ng data sa cable.

“Kami ay nagbibigay ng mga probe ng isang dalas ng radyo sa pamamagitan ng isang analog signal,” sinabi ni Corrodi, “gumagamit kami ng isang digital signal upang maipadala ang data. Ang cable ay lumilipat sa pagitan ng dalawang mga mode bawat 35 milliseconds.”

Ang taktika ng paglipat sa pagitan ng mga senyas na dumadaan sa parehong cable ay tinatawag na “time division multiplexing” at mga siyentista lamang kawastuhanpati na rin ang mga antas ng ingay. Ang time div multiplexing, isang pag-upgrade mula sa eksperimento ng Brookhaven, ay nagbibigay ng mas mataas na pagmamapa ng resolusyon at mga bagong kakayahan sa pagsusuri ng data ng magnetic field.

Paparating na mga resulta

Ang parehong sistema ng pagmamapa sa patlang na NMR at pagkontrol sa paggalaw ay matagumpay na na-deploy sa Fermilab at mapagkakatiwalaan sa loob ng unang tatlong panahon ng pagkuha ng data ng eksperimento.

Sa eksperimentong Muon g-2, nakamit ng mga siyentista ang walang uliran katumpakan para sa mga sukat sa patlang at record na pagkakapareho ng magnetic field ng singsing. Kasalukuyang pinag-aaralan ng mga siyentista ang unang data ng pag-ikot ng 2018 at inaasahan na mai-publish ang mga resulta sa pagtatapos ng 2020.

Ang mga siyentista, ang kumplikadong pag-setup, Journal ng Instrumentasyon.

Sanggunian: “Disenyo at pagganap ng in-vacuum, magnetic field mapping system para sa Muon g-2 na eksperimento”, S. Corrodia, P. De Lurgioa, D. Flayb, J. Grangea, R. Honga, D. Kawallb, M.Oberlinga, S. Ramachandrana at P. Wintera, 4 Nobyembre 2020, Journal ng Instrumentasyon.
DOI: 10.1088 / 1748-0221 / 15/11 / P11008

Ang pananaliksik na ito ay pinondohan ng DOE’s Office of Science, High Energy Physics (HEP). Ang Fermilab particle accelerator complex ay isang DOE Office of Science User Facility.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mga bloke ng dami ng gusali para sa mga kakaibang elektronikong katangian ng magnetiko at magnetiko

Ang mga metal ng paglipat ay naka-crosslink sa graphene ng isang form ng electron beam na nangangako ng mga bloke ng kabuuan ng gusali....

Global Warming Threatens Food Chains – “Ang Epekto ay Maaaring Maging Mahusay”

Sinuri ng pag-aaral ang plankton sa mga lawa ng tubig-tabang na nahantad sa pitong taon ng pang-eksperimentong init. Kredito: University of Exeter Ang pagtaas...

Pagbotelya ng Pinakalamig na Plasma sa Daigdig upang Ipakita ang mga Lihim ng Lakas ng Fusion

Ang mag-aaral na nagtapos sa Rice University na si Grant Gorman ay nagtatrabaho sa Rice's Ultracold Atoms at Plasmas Lab. Larawan: Jeff Fitlow...

Pakiramdam ng Paglahok sa Susi sa Pagsulong

Ang mga mag-aaral ng high school ay lalo na na uudyok sa loob ng paaralan kung sa palagay nila kabilang sila sa kanilang paaralan. Maaaring...

Ang mga mananaliksik ay nagkakaroon ng mas mabilis na pagtatasa ng network upang mapahusay ang mga referral algorithm at mga paghahanap sa web

Ang mga mananaliksik ng MIT ay bumuo ng software upang mas mahusay na patakbuhin ang mga aplikasyon ng grapiko sa isang saklaw ng hardware...

Newsletter

Subscribe to stay updated.