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维基百科:台湾教育专案/台大物理系服务学习/113-1/微中子工厂

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微中子工厂是一个计划中的粒子加速器复合体，旨在详细测量微中子的性质。微中子是极少与物质相互作用的基本粒子，它们可以穿越一般物质，沿直线行进数千公里。微中子的来源是加速缈子的衰变，此衰变发生在储存环的直线段中。此项目所涉及的技术问题大致与缈子对撞机相似。

功能

微中子工厂将在地球上的某个地点产生相对集中的微中子束，并将其向下发射至一个赛道形状的地下缈子储存环，并以不同方向发射两束微中子束，直到这些束线在其他地点重新跑出地表。例如，一个位于英国的复合体可能将束线发射到日本（参见超级神冈探测器）和意大利（国家大萨索实验室，LNGS）。在远端地点检测微中子的性质后，可以研究微中子随时间的演化。这将提供我们关于微中子的质量及其弱相互作用性质的资讯。[1]

该计划目前处于概念设计阶段。一项国际性的“范畴研究”于2007年完成，随后国际间开始撰写设计报告。 [2] 这项研究启发了许多后续的实验概念。[3][4]

许多新技术正为这类实验开创先河，这包括使用液态金属射流作为π介子生成的靶材（在MERIT experiment. CERN. 中进行测试）、在EMMA实验中使用固定场交替梯度加速器（FFAG），以及国际缈子离子化冷却实验中使用液态氢能量减速腔，以在中间阶段减少缈子束的发散性。

科学目标

直到1990年代之前，科学界普遍认为微中子是无质量的。然而，太阳微中子的研究（即在太阳核心产生的微中子）以及其他的实验结果显示这一假设并不成立，进而显示微中子具有非常小的质量（参见太阳微中子问题）。

透过产生高强度的缈子束和电子微中子，这些加速器将大幅推进对微中子及其相互作用的研究。具体而言，可提及以下科学目标：[5]

  • 高精度研究微中子振荡参数（特别是与电子微中子相关的参数）

相关设计工作

国际设计研究

国际设计研究的目标是在2012年前提交一份微中子工厂的设计报告，详述其物理性能、时间表以及成本估算。该研究将来自各地区的贡献整合为一份综合的参考设计报告（Reference Design Report）。[6]

英国微中子工厂

位于英国的微中子工厂。[7][8]

美国缈子加速器计划

2010年，美国能源部启动的缈子加速器计划（Muon Accelerator Program，MAP）[9]整合了对缈子对撞机和微中子工厂的研究支持。（这两个项目都涉及生成缈子并将其保存在储存环中，因此研究内容有很大的重叠。）其中，缈子对撞机项目比微中子工厂更加雄心勃勃。在缈子对撞机中，缈子将被注入一个极高能量的对撞环，目标是达到比大型强子对撞机（LHC，于2010年首次实现碰撞）甚至可能比线性对撞机合作计划（LCC，至2019年设计尚未完成）的实验更高的能量浓度。

欧洲微中子团队

CERN在几年前曾进行过一项设计研究，随后研究重心转向了大型强子对撞机（LHC）。目前，欧洲的相关活动仍在持续，包括会议举办以及参与国际实验与合作项目。

日本设计

这种设计基于一种特殊类型的加速器，称为固定场交替梯度加速器（Fixed Field Alternating Gradient, FFAG）。它结合了1950年代回旋加速器的特性、现代自动化磁铁设计技术，以及新型磁性合金射频加速间隙的应用。其主要优势在于磁场是固定的，不需要与粒子束同步，随着粒子能量的增加，粒子束会自然移动到磁场更高的区域。这种设计达成了高速的加速，并且避免了快速循环同步加速器[10][11]中常见的技术难题。

参见

参考项目

  1. ^ FrontPage/GeneralInfo. IDS Wiki. 
  2. ^ Choubey, S.; Gandhi, R.; Goswami, S.; Berg, J. S.; Fernow, R.; Gallardo, J. C.; Gupta, R.; Kirk, H.; Simos, N. Interim Design Report for the International Design Study for a Neutrino Factory (报告). Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States). 2011-10-01 （English）.  |issue=被忽略 (帮助)
  3. ^ Baussan, E.; Blennow, M.; Bogomilov, M.; Bouquerel, E.; Caretta, O.; Cederkäll, J.; Christiansen, P.; Coloma, P.; Cupial, P.; Danared, H.; Davenne, T.; Densham, C.; Dracos, M.; Ekelöf, T.; Eshraqi, M. A very intense neutrino super beam experiment for leptonic CP violation discovery based on the European spallation source linac. Nuclear Physics B. 2014, 885: 127–149. ISSN 0550-3213. arXiv:1309.7022  . doi:10.1016/j.nuclphysb.2014.05.016. 
  4. ^ Delahaye, J.-P.; Ankenbrandt, C. M.; Bogacz, S. A.; Huber, P.; Kirk, H. G.; Neuffer, D.; Palmer, M. A.; Ryne, R.; Snopok, P. V. The NuMAX Long Baseline Neutrino Factory concept. Journal of Instrumentation. 2018, 13 (06): T06003. ISSN 1748-0221. arXiv:1803.07431  . doi:10.1088/1748-0221/13/06/T06003 （英语）. 
  5. ^ Bogacz, Alex; Brdar, Vedran; Bross, Alan; de Gouvêa, André; Delahaye, Jean-Pierre; Huber, Patrick; Hostert, Matheus; Kelly, Kevin J.; Long, Ken. The Physics Case for a Neutrino Factory (报告). Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Brookhaven National Lab. (BNL), Upton, NY (United States); Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF), Newport News, VA (United States). 2022-03-15 （English）.  |issue=被忽略 (帮助)
  6. ^ International Design Study. 
  7. ^ UK Neutrino Factory Homepage. [2005-05-27]. （原始内容存档于2005-03-25）. 
  8. ^ MUON1 distributed computing project for design work on the UK device. 
  9. ^ Muon Accelerator Program (MAP). fnal.gov. Fermilab. 2018-04-20 [2019-05-14].  已忽略未知参数|df= (帮助)
  10. ^ Homepage. Japan: Fixed Field Alternating Gradient Accelerator. [2005-05-27]. （原始内容存档于2005-04-15）. 
  11. ^ Neutrino Research at KEK. Tsukuba, Ibaraki, Japan: High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 

外部链接

Template:Neutrino detectors

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