国際ミューオン電離冷却実験

国際ミューオン電離冷却実験（MICE）は、ラザフォード・アップルトン研究所で行われている高エネルギー物理学の 実験です。この実験は、CERNの公認実験（RE11）です。 ^{[1] [2]} MICEは、ミューオンの電離冷却を実証するために設計されています。^[3]これは、ビームのエミッタンスを減らしてビームサイズを縮小するプロセスであり、より小さな開口の加速器とより少ない集束磁石で、より多くのミューオンを加速できます。これにより、ニュートリノファクトリーやミューオンコライダーとして使用するための高強度ミューオン加速器の構築が可能になります。

MICEは、単一の7m冷却セル上でミューオンビームの横方向エミッタンスを低減し、その低減を測定します。元のMICE設計は、実現可能性調査IIで概説されたスキームに基づいていました。^[4] 2014年に大幅に改訂されました。^{[3]パイオンは}ISIS中性子源のターゲットから生成され、ビームラインに沿って輸送され、そのほとんどはMICEに入る前にミューオンに崩壊します。冷却はリチウム水素化物（LiH）結晶または液体水素（LH ₂）セルを使用してテストされ、磁石を使用してミューオンビームを集束および分析します。MICEは、約150〜250MeV/cのビーム運動量範囲にわたって冷却性能を測定します。

MICE ミューオン ビームラインは、MICE 用の低強度ミューオン ビームを提供します。パイオンは、ISIS 陽子ビームのフリンジに沈んだターゲットからパイオン崩壊チャネルを経由してミューオン トランスポート ラインに運ばれ、その後 MICE に運ばれます。ミューオンを効率的に使用するには、トランスポート ビームラインと冷却チャネルが適切に一致していることが望ましく、分析で選択が行われます。また、ビームラインは、非ミューオン イベントが冷却チャネルに入るのを抑制する必要があります。1 秒あたり数百のミューオンのビーム レートが期待されます。

MICEはミューオンを識別、追跡、誘導、冷却するシステムを組み合わせたものである。^[3]

パイオンと電子によるバックグラウンドを除去するために、チェレンコフ検出器と飛行時間検出器が実験の最も外側のコンポーネントです。端にあるカロリメータは電子とミューオンを区別します。^[5]

ミューオンのエミッタンスは、メイン冷却セルの前後にある 4 テスラの磁場内でシンチレーション ファイバー追跡検出器を使用して測定されます。より大きなエミッタンスを持つミューオン ビームの冷却を研究するために、最初の追跡検出器の前に拡散器を配置できます。

主冷却セルは、二次 LiH 吸収体、無線周波数空洞(RF 空洞)、ビームを中央の主吸収体 (LiH または LH ₂ ) に集中させるコイル、主吸収体から出るビームを集中させる磁気コイル、第 2 RF 空洞、および別の二次 LiH 吸収体で構成されています。

二次吸収体は冷却に寄与しますが、その主な目的は RF 空洞内で放出される電子を止めることです。RF 空洞はミューオンを加速するように設計されています。入射ミューオンと同期させることはできないため、一部のミューオンは加速され、他のミューオンは減速されます。飛行時間測定により、ミューオンが空洞内で経験した電界を計算できます。

ベースラインの主吸収体は厚さ 65 mm の LiH ディスクです。代わりに、長さ 350 mm の液体水素容器を使用することもできます。

ミューオンは冷却チャネルを 1 つずつ通過します。ミューオンの位相空間座標は、冷却チャネルの上流と下流にある飛行時間型シンチレータとシンチレーティング ファイバー追跡検出器によって測定されます。ミューオンは、分光計といわゆる粒子識別 (PID) 検出器、飛行時間型シンチレータ 3 台、チェレンコフ検出器、および熱量計の組み合わせを使用して、ビーム内の他の粒子と区別されます。

2017年現在、MICEはデータを収集しており、より長い冷却セルへのアップグレードが検討されている。^[6]

• 公式サイト
• INSPIRE-HEPにおけるMICE実験記録実験