تجربة NA62

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 6 صور
الموسوعة الحرة
قاعة التجارب NA62

تجربة NA62 (المعروفة باسم P-326 في مرحلة الاقتراح) هي تجربة فيزياء جسيمات ذات هدف ثابت، تُجرى في المنطقة الشمالية من مُسرِّع SPS في مركز CERN . تمت الموافقة على التجربة في فبراير 2007. وبدأ جمع البيانات في عام 2015، ومن المتوقع أن تصبح التجربة الأولى عالميًا التي تستكشف اضمحلال الكاون المشحون باحتمالات تصل إلى 10⁻¹² . المتحدث الرسمي باسم التجربة هو جوزيبي روجيرو (منذ أكتوبر 2022؛ وكان المتحدثان السابقان هما كريستينا لازيروني من 2019 إلى 2022، وأوغوستو تشيكوتشي قبل 2019). يضم هذا التعاون 308 مشاركين من 33 مؤسسة و16 دولة حول العالم. [ 1 ]

الأهداف

صُممت هذه التجربة لإجراء اختبارات دقيقة للنموذج القياسي من خلال دراسة الاضمحلالات النادرة للكاونات المشحونة . والهدف الرئيسي، الذي صُمم من أجله التصميم الأمثل، هو قياس معدل الاضمحلال النادر للغاية K⁺ → π⁺  + ν⁺ + ν⁺ بدقة تصل إلى 10%، وذلك بالكشف عن حوالي 100 مرشح للاضمحلال مع خلفية منخفضة. سيؤدي هذا إلى تحديد عنصر مصفوفة CKM | V td | بدقة أفضل من 10%. [ 2 ] يرتبط هذا العنصر بدقة عالية باحتمالية اضمحلال الكواركات العلوية إلى كواركات سفلية . يذكر تقرير مراجعة فيزياء الجسيمات لعام 2008 الصادر عن مجموعة بيانات الجسيمات أن | V td | =0.008 74 +0.000 26 −0.000 37 . [ 3 ] يتم تشغيل برنامج واسع النطاق لدراسات فيزياء الكاون بالتوازي بما في ذلك دراسات الاضمحلالات النادرة الأخرى، والبحث عن الاضمحلالات المحظورة، وعن الجسيمات الغريبة الجديدة التي لم يتنبأ بها النموذج القياسي (على سبيل المثال الفوتونات المظلمة ).

جهاز تجريبي

لتحقيق الدقة المطلوبة، تتطلب تجربة NA62 مستوىً معيناً من حساسية الإشارة ورفض التشويش. ويشمل ذلك تحديد التوقيت بدقة عالية (لدعم بيئة ذات معدل عالٍ)، ورفض التشويش الحركي (الذي يتضمن حساب مربع الكتلة المفقودة للجسيم المشحون المرصود من الاضمحلال بالنسبة لمتجه الكاون الساقط)، وتحديد الجسيمات (خاصةً التمييز بين البيونات والميونات ) ، والحجب التام للفوتونات حتى الزوايا الكبيرة، وتكرار المعلومات. [ 4 ]

نظراً لهذه الضرورات، قام فريق تجربة NA62 ببناء كاشف يبلغ طوله حوالي 270 متراً. يُشرح أدناه بإيجاز مكونات التجربة، وللاطلاع على التفاصيل الكاملة، يُرجى مراجعة [ 5 ] .

خط الشعاع

يرتكز مشروع NA62 على رصد اضمحلال الكاونات. حيث يتم توجيه حزمة أولية من البروتونات من مسرع البروتونات الفائق (SPS) إلى هدف ينتج عنه حزمة ثانوية من الهادرونات تحتوي على الكاونات.

يُستخدم الشعاع الأساسي، المسمى P42، لإنتاجك+{\displaystyle K^{+}}يُقسّم شعاع البروتونات في جهاز SPS، ذو طاقة 400 جيجا إلكترون فولت/ثانية، إلى ثلاثة فروع ويصطدم بثلاثة أهداف (T2، T4، وT6). ينتج عن ذلك حزم من الجسيمات الثانوية التي تُوجّه عبر نفق الهدف تحت الأرض (TCC2). عند مخرج T4، يمر شعاع البروتونات المنقول عبر فتحات في وحدتي تجميع / تفريغ شعاع تعملان بمحركات رأسية، وهما TAX 1 وTAX 2 للهدف P42، حيث تحدد فتحات ذات أحجام مختلفة زاوية استقبال الشعاع، مما يسمح باختيار تدفق البروتونات ضمن نطاق واسع. ولحماية مكونات الجهاز، يسمح برنامج مراقبة حاسوبي برصد التيارات في المغناطيسات الرئيسية على طول خط شعاع P42، وإغلاق TAX2 في حالة حدوث خطأ.

يُعدّ خط الحزمة الثانوي K12HIKA+ خط حزمة الكاون. يبلغ الطول الإجمالي لنفق الهدف/الحزمة TCC8 والكهف ECN3، حيث تم تركيب كواشف تجربة NA62، 270 مترًا. يُستخدم الهدف T10 (الواقع على بُعد 15 مترًا من بداية TCC8) لإنتاج حزمة الهادرونات الثانوية النهائية (K12). يبلغ طول خط حزمة K12 هذا 102 مترًا، وينتهي عند مخرج المجمّع النهائي الذي يُشير إلى بداية منطقة التحلل المرجعية ويُوجّه نحو كواشف NA62 (ولا سيما مقياس السعرات الكهرومغناطيسي للكريبتون السائل LKr).

يبلغ معدل شعاع K12 اللحظي حوالي 600 ميجاهرتز، ويتكون بشكل أساسي من البيونات (70%) والبروتونات (23%)، بينما لا تتجاوز نسبة الكاونات 6% . [ 6 ] [ 7 ] يتحلل ما يقرب من 10% من الكاونات في حجم التحلل المرجعي، وهو ما يعادل معدل  تحلل للكاونات يبلغ 4 ميجاهرتز في المنطقة المرجعية.

خشب الأرز/KTAG

KTAG هو "جهاز وسم الكاون"، وهو مصمم لتحديدك+{\displaystyle K^{+}}الجسيمات داخل حزمة الهادرونات غير المفصولة. هذا الكاشف عبارة عن عداد تشيرينكوف تفاضلي (سيدار، المنطقة الغربية من سيرن حتى عام 2022، تم استبداله بسيدار-إتش جديد في عام 2023 [ 8 ] )، مزود بكاشف مصمم خصيصًا يتكون من 8 مصفوفات من الكواشف الضوئية (KTAG). [ 9 ]

GTK لتجربة NA62

جيجا تراكر (GTK)

يقع جهاز GTK مباشرةً قبل منطقة الاضمحلال المرجعية، وهو مصمم لقياس زمن واتجاه وزخم جميع مسارات الحزمة. يُعدّ GTK مطيافًا يوفر قياسات حزمة الكاون الواردة بطاقة 75 جيجا إلكترون فولت/ثانية. تُستخدم قياسات GTK في اختيار الاضمحلالات وتقليل التشويش.

يتألف نظام GTK من أربع محطات تتبع بكسل سيليكونية هجينة، تحمل الرموز GTK0 (تم تركيبها عام 2021)، وGTK1، وGTK2، وGTK3، وذلك بناءً على ترتيبها بالنسبة لمسار الشعاع. وهي مثبتة حول أربعة مغناطيسات لا لونية (تُستخدم لانحراف الشعاع). يقع النظام بأكمله على طول خط الشعاع داخل خزان التفريغ . [ 10 ] [ 11 ]

شانتي

تم تصميم كاشف الشحن المضاد المضاد (CHANTI) بشكل أساسي لرفض الأحداث ذات التفاعلات غير المرنة بين جسيمات الحزمة وجهاز GTK3. ويتكون الكاشف من ستة مستويات من كواشف الوميض المحيطة بالحزمة.

متتبع القش

يمر شعاع الكاون عبر منطقة المنبع وصولًا إلى منطقة التحلل، وهي منطقة يبلغ طولها حوالي 60 مترًا داخل وعاء تفريغ كبير، حيث تُكتشف نواتج التحلل في محطات تتبع الأنابيب. يقيس النظام اتجاه وزخم الجسيمات المشحونة الثانوية القادمة من منطقة التحلل. يتكون هذا المطياف من أربع حجرات متقاطعة مع مغناطيس ثنائي القطب ذي فتحة عالية . تحتوي كل حجرة على أنابيب متعددة موضوعة لتوفير أربع زوايا رؤية تُعطي أربع إحداثيات. من بين 7168 أنبوبًا في النظام بأكمله، كان واحد فقط معيبًا. تم إغلاق الأنبوب المتسرب، وعمل الكاشف بشكل طبيعي خلال تشغيل عام 2015. [ 12 ]

أنظمة الفوتون فيتو

يحتوي هذا الاختبار على نظام حجب الفوتونات الذي يوفر تغطية محكمة بين 0 و50 ملي راديان. ويتكون هذا النظام من عدة أنظمة فرعية تغطي نطاقات زاوية مختلفة؛ حيث تغطي أنظمة الحجب ذات الزاوية الكبيرة (LAVs) نطاق 8.5 إلى 50 ملي راديان، ويغطي مقياس السعرات الحرارية بالكريبتون السائل (LKr) نطاق 1 إلى 8.5 ملي راديان، بينما تغطي أنظمة الحجب ذات الزاوية الصغيرة (SAV) نطاق 0 إلى 1 ملي راديان.

حق النقض بزاوية كبيرة (LAV)

تتكون محطات LAV الاثنتي عشرة من أربع أو خمس حلقات دائرية من كواشف وميضية زجاجية رصاصية تحيط بحجم الاضمحلال. تعمل المحطات الإحدى عشرة الأولى في نفس خزان التفريغ المستخدم مع حجم الاضمحلال وSTRAW، بينما توضع الحجرة الأخيرة (LAV12) بعد RICH وتعمل في الهواء.

أجهزة قياس الزاوية الصغيرة (SAV)، ومقياس السعرات الحرارية ذو الحلقة المتوسطة (IRC)، ومقياس السعرات الحرارية ذو الزاوية الصغيرة (SAC)

يُعد كل من جهاز قياس السعرات الحرارية الكهرومغناطيسي (IRC) وجهاز قياس السعرات الحرارية الكهرومغناطيسي (SAC) من أجهزة قياس السعرات الحرارية الكهرومغناطيسية، ويتكونان من طبقات متناوبة من الرصاص والبلاستيك المتلألئ. يوضع جهاز قياس السعرات الحرارية الكهرومغناطيسي (SAC) في نهاية الجهاز التجريبي، على امتداد مسار الشعاع، ولكن بعد أن تنحرف الجسيمات المشحونة بعيدًا وتُرسل إلى مصب الشعاع. وهذا يعني إمكانية رصد أي فوتونات تسير على طول مسار الشعاع بزاوية تصل إلى الصفر.

مسعر الكريبتون السائل (LKr)

يُعاد استخدام كاشف LKr من NA48 مع أنظمة قراءة مُحسّنة. المادة الفعّالة في المسعر هي الكريبتون السائل. تُكتشف الدشات الكهرومغناطيسية، التي تُطلقها الجسيمات المشحونة أو الفوتونات، عبر إلكترونات التأين التي تنجرف إلى مصاعد موضوعة داخل الكريبتون السائل. تُضخّم الإشارات وتُوزّع على أنظمة القراءة.

كاشف تشيرينكوف للتصوير الحلقي (RICH)

صُمم جهاز RICH للتمييز بين البيونات والميونات للجسيمات ذات الزخم بين 15 و35 جيجا إلكترون فولت/ثانية. يتكون الجهاز من وعاء طوله 17.5 مترًا وقطره يصل إلى 4.2 مترًا، ويُملأ بغاز النيتروجين (عند ضغط 990 ملي بار تقريبًا). عند مرور الجسيمات المشحونة عبر الغاز، تنبعث فوتونات تشيرينكوف بزاوية ثابتة تحددها زخم وكتلة الجسيم وضغط غاز النيتروجين. تنعكس الفوتونات من مصفوفة مرايا عند الطرف السفلي للجهاز، وتُكشف في مصفوفتين من كواشف أنابيب التضخيم الضوئي عند الطرف العلوي للوعاء.

المناظير المشحونة (NA48-CHOD وCHOD)

كواشف CHOD هي كواشف وميضية تُزوّد ​​نظام التشغيل ببيانات الكشف عن الجسيمات المشحونة. يتكون النظام من كاشف NA48-CHOD، المُعاد استخدامه من تجربة NA48، والمُكوّن من مستويين من القضبان الوميضية المرتبة رأسيًا وأفقيًا، وكاشف CHOD المُنشأ حديثًا والمُكوّن من مصفوفة من البلاطات الوميضية التي تُقرأ بواسطة مضاعفات ضوئية سيليكونية.

المسعرات الحرارية الهادرونية (MUV1 و MUV2)

يُعدّ كلٌّ من MUV1 وMUV2 مقياسين حراريين هادرونيين لأخذ العينات، مُشكَّلين من طبقات متناوبة من الحديد والمواد الوميضية. يتميّز MUV1 المُنشأ حديثًا بتقسيم عرضي دقيق لفصل المكوّنات الكهرومغناطيسية والهادرونية للوابل، بينما يُعاد استخدام MUV2 من NA48.

كاشف حق النقض الميون (MUV3)

يتكون جهاز MUV3 من طبقة من بلاطات الوميض، ويتم قراءة بياناته بواسطة زوج من المضاعفات الضوئية، وهو موضوع خلف  جدار حديدي بارتفاع 80 سم يحجب الجسيمات ولا يسمح إلا برصد الميونات. يوفر هذا الكاشف آلية سريعة لكشف الميونات عند مستوى التشغيل، ويُستخدم لتحديد الميونات على مستوى التحليل.

بيانات

أُجريت عدة اختبارات للتأكد من سلامة عمل مكونات الكاشف الجديد. أُجريت أول تجربة فيزيائية بكاشف شبه مكتمل في عام ٢٠١٥. جمع جهاز NA62 البيانات في أعوام ٢٠١٦ و٢٠١٧ و٢٠١٨ قبل الإغلاق الطويل الثاني لمركز سيرن. استؤنف جمع البيانات في عام ٢٠٢١ وسيستمر حتى الإغلاق الطويل الثالث لمركز سيرن.

كجزء من التجربة، نُشرت عدة أوراق بحثية، ويجري العمل على نشرها. يمكنكم الاطلاع على قائمة الأوراق البحثية المنشورة لتجربة NA62 هنا .

نتائج

ك+→π+νν¯{\displaystyle K^{+}\rightarrow \pi ^{+}\nu {\overline {\nu }}}

بيانات عام 2016

النتائج المنشورة: [ 13 ] .

بيانات عام 2017

تم عرض النتائج لأول مرة في مؤتمر KAON19 .

مُحرَّمك+{\displaystyle K^{+}}التحلل

ك+→π-ℓ+ℓ+{\displaystyle K^{+}\rightarrow \pi ^{-}\ell ^{+}\ell ^{+}}(انتهاك رقم الليبتون)

النتائج المنشورة: [ 14 ]

الحيوانات الغريبة

ليبتون ثقيل متعادل

النتائج المنشورة: [ 15 ]

الفوتون المظلم

النتائج المنشورة: [ 16 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "تفاصيل التجربة" . greybook.cern.ch . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19-09-2024 .
  2. ↑ "اقتراح لقياس الاضمحلال النادر K+ → π +νν¯ في CERN SPS" (PDF) .
  3. ↑ سي. أمسلر وآخرون (2008). "مراجعة فيزياء الجسيمات" (ملف PDF) . رسائل الفيزياء ب . 667 ( 1-5 ): 1-1340 . Bibcode : 2008PhLB..667....1A . doi : 10.1016/j.physletb.2008.07.018 . hdl : 1854/LU-685594 . 
  4. ↑ "CERN-PH-NA62" . na62.web.cern.ch. تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-04-06 .
  5. ↑ إدواردو كورتينا جيل وآخرون (2017). "شعاع وكاشف تجربة NA62 في سيرن". مجلة JINST . 12 (5) P05025. arXiv : 1703.08501 . Bibcode : 2017JInst..12P5025C . doi : 10.1088/1748-0221/12/05/P05025 . S2CID 119392990 .  
  6. ↑ "خط شعاع K+" (ملف PDF) . سيرن.
  7. ↑ إدواردو كورتينا جيل وآخرون (2017). "شعاع وكاشف تجربة NA62 في سيرن". مجلة JINST . 12 (5) P05025. arXiv : 1703.08501 . Bibcode : 2017JInst..12P5025C . doi : 10.1088/1748-0221/12/05/P05025 . S2CID 119392990 .  
  8. ↑ أغني بيثاني وآخرون (2024). "تطوير نظام CEDAR جديد لتحديد الكاونات في تجربة NA62 في CERN". JINST . 19 (5) P05005. arXiv : 2312.17188 . Bibcode : 2024JInst..19P5005B . doi : 10.1088/1748-0221/19/05/P05005 . 
  9. ↑ إيفغيني غودزوفسكي وآخرون (2015). "تطوير نظام وسم الكاون لتجربة NA62 في سيرن". الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء، القسم أ: المسرعات، المطيافات، الكواشف والمعدات المرتبطة بها . 801 : 86-94 . arXiv : 1509.03773 . Bibcode : 2015NIMPA.801...86G . doi : 10.1016/j.nima.2015.08.015 . S2CID 33673530 .  
  10. ↑ " Gigatracker (GTK) ". CERN
  11. ↑ إدواردو كورتينا جيل وآخرون (2017). "شعاع وكاشف تجربة NA62 في سيرن". مجلة JINST . 12 (5) P05025. arXiv : 1703.08501 . Bibcode : 2017JInst..12P5025C . doi : 10.1088/1748-0221/12/05/P05025 . S2CID 119392990 .  
  12. ↑ " تقرير حالة NA62 لعام 2015 إلى لجنة سلامة الأنظمة في سيرن ". سيرن
  13. ↑ إي. كورتينا جيل وآخرون (مجموعة NA62 التعاونية) (2019). "أول بحث عن ك+→π+νν¯{\displaystyle K^{+}\rightarrow \pi ^{+}\nu {\overline {\nu }}}باستخدام تقنية التحلل أثناء الطيران . رسائل الفيزياء ب . 791 : 156-166 . arXiv : 1811.08508 . doi : 10.1016/j.physletb.2019.01.067 .
  14. ↑ إي. كورتينا جيل وآخرون (مجموعة NA62) (2019). "عمليات البحث عن انتهاك عدد الليبتونات ك+{\displaystyle K^{+}}"التحللات" . رسائل الفيزياء ب . 797 : 134794. arXiv : 1905.07770 . Bibcode : 2019PhLB..79734794C . doi : 10.1016/j.physletb.2019.07.041 .
  15. ↑ إي. كورتينا جيل وآخرون (مجموعة NA62) (2018). "البحث عن إنتاج الليبتونات الثقيلة المحايدة في ك+{\displaystyle K^{+}}"التحللات" . رسائل الفيزياء ب . 778 : 137-145 . arXiv : 1712.00297 . Bibcode : 2018PhLB..778..137C . doi : 10.1016/j.physletb.2018.01.031 .
  16. ↑ إي. كورتينا جيل وآخرون (مجموعة NA62 التعاونية) (2019). "البحث عن إنتاج فوتون مظلم غير مرئي في π0{\displaystyle \pi ^{0}}"التحللات" . مجلة فيزياء الطاقة العالية . 2019 (5): 182. arXiv : 1903.08767 . Bibcode : 2019JHEP...05..182C . doi : 10.1007/JHEP05(2019)182 .

للمزيد من القراءة