LHCf実験
大型ハドロン衝突型加速器
（LHC）
LHC実験と前段加速器の計画。
LHC実験
アトラストロイダルLHC装置
CMSコンパクトミューオンソレノイド
LHCbLHCビューティー
アリス大型イオン衝突型加速器実験
トーテム全断面積、弾性散乱、回折解離
LHCfLHCフォワード
モエダルLHCにおけるモノポールおよびエキゾチック検出器
フェーザー前方検索実験
SND散乱およびニュートリノ検出器
LHC前段加速器
pとPb陽子（Linac 4）および鉛（Linac 3）用の線形加速器
（マークなし）陽子シンクロトロンブースター
追伸陽子シンクロトロン
SPSスーパープロトンシンクロトロン

LHCf （大型ハドロン衝突型加速器前方実験）は、宇宙線物理学のための特殊目的の大型ハドロン衝突型加速器実験であり、欧州原子核研究機構（ CERN）のLHC加速器に搭載されている9つの検出器のうちの1つです。LHCfは、衝突の前方領域で生成される粒子、つまり衝突する陽子ビームとほぼ直線上にある粒子を研究するために設計されています。[1]

LHCトンネルでのLHCf実験

目的

LHCfは中性パイ中間子（π0
）が生成される。これは、超高エネルギー宇宙線（UHECR）の起源を解明する上で役立つことが期待される。 [2] [3] UHECRの検出は、UHECRが大気と相互作用する際に生成される二次粒子シャワーの観測によって行われる。LHCf実験は、二次粒子のエネルギー流の大部分が含まれる最前方領域を測定するように設計されている。[3]

LHCf実験によって得られた結果は、アルゼンチンのピエール・オージェ観測所やユタ州のテレスコープ・アレイ・プロジェクトによる他の高エネルギー宇宙線測定結果を補完するものである。[4] [5]

実験セットアップ

LHCfの装置は、LHCの両側にそれぞれ独立した2つの検出器で構成されており、どちらもATLAS相互作用点から140m離れています。[6] [7]これらの検出器はアーム1とアーム2と呼ばれ、相互作用領域からの中性粒子の破片からクライオマグネットを保護するターゲット中性吸収体（TAN）内に設置されています。[8] [9] [10]

2つの検出器は、光子と中性子の測定用に独立した2つのカロリメータタワーという共通の構造を持っています。タワーはタングステン吸収層とシンチレータ層で作られており、2つのアームの横断面のサイズが異なります。[11]カロリメータタワーは、入射粒子のエネルギーを測定し、粒子のファミリーを識別するために使用されます。各検出器には追跡システムがあり、アーム1システムは4つの二重層のシンチレーションファイバーで構成され、アーム2はマイクロストリップシリコン層で構成されています。[12]検出器のエネルギー分解能は、100 GeVを超える光子で3%以上、中性子で約40%です。[11] [3]アーム1とアーム2の位置分解能は、光子の場合はそれぞれ200 μmと40 μm、中性子の場合は両方の検出器で約1 mmです。[11] [13] [3]

結果

LHCf検出器を用いた最初のフェーズのデータ​​は、LHCのRun 1の一環として、2009年から2013年にかけて記録されました。[14] 7 TeVの重心エネルギーにおけるLHCfの結果は、前方光子および中性パイ中間子生成に関する理論モデルと良好な一致を示しました。しかし、前方中性子生成については結果は一致しませんでした。[15] [16]

LHCfは、新たな高エネルギーにおいて、前方光子と中性子の数がエネルギーに応じてどのように変化するかを測定することに成功した。実験結果はいくつかの理論モデルと一致するが、他の理論モデルとは一致しない。[17] [18] [19]

LHCfの現在の焦点は、ストレンジクォークを含む中性K中間子と中性エータ中間子の探索です。この相互作用を記述する理論モデルは二次ミューオンの発生を予測していますが、予測された数は実験データと一致していません。LHCf実験は、「ミューオンパズル」の解明を目指しています。[20] [21]

参考文献

  1. ^ "LHCf". CERN . 2023年7月21日. 2023年8月7日閲覧。
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  6. ^ 「LHCf：LHCに新たな小型実験が加わる」CERN Courier 2006年11月1日. 2023年8月7日閲覧。
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  • ウィキメディア・コモンズにおけるLHCf実験関連メディア
  • INSPIRE-HEPにおけるLHCf実験記録

46°14′09″N 6°03′18″E / 46.23583°N 6.05500°E / 46.23583; 6.05500

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