ニュートリノファクトリー
提案された粒子加速器複合施設の種類

ニュートリノファクトリーは、ニュートリノの特​​性を詳細に測定することを目的とした、提案されている粒子加速器複合施設の一種です。ニュートリノは、通常の物質中を数千キロメートルも直線的に移動できる、極めて弱い相互作用を持つ基本粒子です。ニュートリノの発生源は、貯蔵リングの直線部における加速されたミューオンの崩壊です。これらのプロジェクトを取り巻く技術的課題は、ミューオンコライダーの課題と概ね同様です。

関数

ニュートリノファクトリーは、地球上の一地点でかなり集中したニュートリノビームを生成し、それを下向きに照射します。おそらく、レーストラック型の地下ミューオン貯蔵リングから異なる方向に2本のビームを発射し、ビームが別の地点で再び地上に戻ってくるまでです。例えば、英国の施設から日本（スーパーカミオカンデ参照）とイタリア（LNGS参照）にビームを送ることが考えられます。ニュートリノの特​​性は遠隔地で調べられ、ニュートリノが時間とともにどのように進化するかが調べられます。これにより、ニュートリノの質量や弱い相互作用の特性に関する情報が得られます。[1]

このプロジェクトは現在、概念設計段階にあります。国際的な「スコープスタディ」は2007年に完了し、国際的な協力により設計報告書[2]が作成され、これがその後の様々な実験コンセプトの着想の源となりました[3] [4] 。

この種の実験では、液体金属ジェットをパイ中間子生成のターゲットとして使用することなど、多くの新技術が開発されており、「MERIT実験」でテストされている。CERN。EMMA実験でテスト中の固定磁場交流勾配（FFAG）加速器と、中間段階でのミューオンビームの発散を減らすため の液体水素エネルギー低減空洞の使用。

科学的目的

1990 年代まで、ニュートリノは質量がないと想定されていましたが、太陽ニュートリノ (太陽の中心部で生成されるもの) などの探索による実験結果はこの想定と矛盾しており、ニュートリノの質量は非常に小さいことを示しています (太陽ニュートリノ問題を参照)。

これらの加速器は、強力なミューオンニュートリノと電子ニュートリノのビームを生成することで、ニュートリノとその相互作用の研究に大きな進歩をもたらすでしょう。特に、以下の科学的目標が挙げられます。[5]

  • ニュートリノ振動パラメータ（特に電子ニュートリノに関連するもの）の高精度研究。

関連する設計作業

国際デザイン研究

国際設計調査では、ニュートリノファクトリーの物理的性能、スケジュール、コストの詳細を記載した設計報告書を2012年までに提出することを目指しています。この調査では、すべての地域からの意見をまとめた参照設計報告書が作成されます。[6]

英国ニュートリノファクトリー

英国にはニュートリノファクトリーというグループがある。[7] [8]

米国ミューオン加速器プログラム

2010年、ミューオン加速器計画（MAP）[9]は、米国エネルギー省によるミューオンコライダーとニュートリノファクトリーの研究支援を統合しました。（どちらのプロジェクトもミューオンを生成し、それを貯蔵リングに保持することを含むため、多くの重複がありました。）ミューオンコライダー計画は、ニュートリノファクトリーよりもさらに野心的なものです。ミューオンコライダーでは、ミューオンを非常に高エネルギーのコライダーリングに投入し、大型ハドロンコライダー（LHC）（最初の衝突は2010年に発生）や、おそらくリニアコライダーコラボレーション（LCC）実験（2019年時点で設計未完了） よりも高いエネルギー濃度に到達することを目指しています。

欧州ニュートリノグループ

CERNは数年前（いつ頃？） 、 LHCへの取り組みに移る前に設計検討を行いました。ヨーロッパでは、会議の開催や国際的な実験・共同研究への参加など、 活動が継続されています。

日本のデザイン

これは、1950年代のサイクロトロンの要素と現代の自動化された磁石設計プロセス、そして新しい磁性合金高周波加速ギャップを組み合わせた、固定磁場交流勾配加速器（FFAG）と呼ばれる特殊なタイプの加速器に基づいています。FFAGの主な利点は、磁場が固定されており、ビームと同期させる必要がない一方で、ビームはエネルギーが増加するにつれて自然に高磁場領域へと移動するため、非常に高速な加速サイクルを必要とするシンクロトロンに見られるような困難を伴うことなく、非常に急速な加速を可能にすることです。[10] [11]

参照

参考文献

  1. ^ 「FrontPage/GeneralInfo」。IDS Wiki。
  2. ^ Choubey, S.; Gandhi, R.; Goswami, S.; Berg, JS; Fernow, R.; Gallardo, JC; Gupta, R.; Kirk, H.; Simos, N. (2011-10-01). ニュートリノファクトリーの国際設計調査のための暫定設計報告書（報告書）. フェルミ国立加速器研究所 (FNAL), バタビア, イリノイ州 (米国). OSTI  1029650.
  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. (2014). 「欧州核破砕源線形加速器に基づくレプトンCP対称性の破れの発見のための超高強度ニュートリノスーパービーム実験」Nuclear Physics B . 885 : 127–149 . arXiv : 1309.7022 . Bibcode :2014NuPhB.885..127B. doi :10.1016/j.nuclphysb.2014.05.016. ISSN  0550-3213.
  4. ^ Delahaye, J.-P.; Ankenbrandt, CM; Bogacz, SA; Huber, P.; Kirk, HG; Neuffer, D.; Palmer, MA; Ryne, R.; Snopok, PV (2018). 「NuMAX長基線ニュートリノファクトリーのコンセプト」. Journal of Instrumentation . 13 (6) T06003. arXiv : 1803.07431 . Bibcode :2018JInst..13.6003D. doi :10.1088/1748-0221/13/06/T06003. ISSN  1748-0221.
  5. ^ Bogacz, Alex; Brdar, Vedran; Bross, Alan; de Gouvêa, André; Delahaye, Jean-Pierre; Huber, Patrick; Hostert, Matheus; Kelly, Kevin J.; Long, Ken (2022-03-15). ニュートリノファクトリーの物理学的根拠（報告書）. フェルミ国立加速器研究所 (FNAL), バタビア, イリノイ州 (米国); ブルックヘブン国立研究所 (BNL), アプトン, ニューヨーク州 (米国); トーマス・ジェファーソン国立加速器施設 (TJNAF), ニューポートニューズ, バージニア州 (米国). OSTI  1862266.
  6. ^ 「国際デザイン研究」。
  7. ^ 「UK Neutrino Factory Homepage」。2005年3月25日時点のオリジナルよりアーカイブ。2005年5月27日閲覧。
  8. ^ 「英国デバイスの設計作業のためのMUON1分散コンピューティングプロジェクト」。
  9. ^ 「ミューオン加速器プログラム（MAP）」fnal.gov、フェルミ国立加速器研究所、2018年4月20日。 2019年5月14日閲覧。
  10. ^ 「ホームページ」. 日本：固定磁場交流勾配加速器. 2005年4月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。2005年5月27日閲覧。
  11. ^ 「KEKにおけるニュートリノ研究」. 茨城県つくば市：高エネルギー加速器研究機構（KEK）. 2019年7月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年10月15日閲覧。
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