偏光ターゲット

偏極ターゲットは散乱実験の固定ターゲットとして使用されます。高エネルギー物理学では、陽子、中性子、重陽子などの単純な核子の核子スピン構造を研究するために使用されます。深非弾性散乱では、ハドロン構造は電子、ミューオン、ニュートリノで調べられます。たとえば、偏極高エネルギーミューオンビームを偏極核子を持つ固定ターゲットに使用すると、構造関数のスピン依存部分を調べることができます。^{[1] [2]}

単純なパートンモデルでは、核子はクォークとグルーオンで構成され、それらの相互作用は量子色力学によって支配されます。固定ターゲットの代替方法は、2つの衝突する偏光ビームを使用することです。いくつかの研究所と研究室がこの分野で研究を行っています。^{[3] [4] [5] [6] [7] [8]}

「偏光源、ターゲット、偏光測定」に関する国際ワークショップが2年ごとに開催されている。^{[9] [10] [11] [12] [13] [14]}

固体ターゲット内の核スピンは、典型的には2.5または5 Tの磁場中で動的核分極法によって分極される。 ^{[15] [16]}

磁場は、液体ヘリウムを満たした超伝導磁石で生成できます。従来の鉄磁石は、質量が大きく、生成された粒子の幾何学的受容性が限られているため、好まれません。実験中のターゲットの分極は、核磁気共鳴法で決定されます。統合された強化NMR信号は、スピン磁化がキュリーの法則に従い、ブリルアン関数を使用して温度から核分極を計算できる、よく知られている約1Kの較正温度で超流動ヘリウム4浴で取得された信号と比較されます。分極の構築中は、マイクロ波発生器を使用して、ターゲット材料の常磁性中心を電子スピン共鳴周波数（2.5Tの磁場内で約70GHz） の近くまでポンピングします。

ヘリウム3ガスターゲット^{[17] [18] [19]} では、光ポンピングを利用して核子を偏極させます。

凍結スピンターゲットでは、長時間のデータ取得期間にわたって分極を維持し（可能な限り最高の積分 光度を得るため）、最高の性能指数を得るために核分極を最大限に高めるために低温が必要である。通常、分極の蓄積中に300 mK未満、凍結スピンモードで50 mK未満の温度に達するために、高い冷却能力を持つ希釈冷凍機が使用される。 ^{[20] [21] [22]}

ターゲット材料の常磁性中心を保存するには、通常 100 K 未満の極低温に常に保たなければなりません。このため、ターゲット材料を液体窒素槽からヘリウム 3/4 混合チャンバーに直接ロードできる水平希釈クライオスタットが必要です。ビームはターゲット材料と相互作用しますが、ターゲット構成材料からの散乱は望ましくありません。これにより、放射長に関して小さな材料予算という追加要件が生じます。このため、入射ビームと散乱生成物の領域では、薄くて密度の低い構成材料が使用されます。

^{優れた分極ターゲット材料[4]}の特性は、核子の総量に比べて分極可能な核子の数が多いこと、分極度が高いこと、分極の蓄積時間が短いこと、凍結スピンモードでの分極損失速度が遅いこと、放射線による損傷に対する耐性が優れていること、ターゲット材料の取り扱いが容易であることです。動的核分極のためには、材料にフリーラジカルをドープする必要があります。通常は、フリーラジカルと混合して化学的にドーピングする方法と、強力な電子ビームを照射してF 中心を作成する方法の 2 つの異なる方法が用いられます。一般的に使用されるターゲット材料は、ブタノール、アンモニア、^{[23] [24] [25]}リチウム水素化物^[26] およびそれらの重水素化物です。非常に興味深い材料は重水素化水素で、分極可能な核子の含有量が最大です。完全に重水素化されたペンタセンゲスト分子の光励起三重項状態を使用して、大きなナフタレン単結晶で高い陽子分極が達成されています。 ^[27] 約100 Kの温度と0.3 Tの磁場で。 超偏極炭素13は医療用画像診断 への応用が研究されている^[28]

• CERN の COMPASS 実験