偏光ターゲット

偏極標的は散乱実験において固定標的として用いられる。高エネルギー物理学では、陽子、中性子、重陽子といった単純な核子の核子スピン構造を調べるために用いられる。深非弾性散乱では、電子、ミューオン、ニュートリノを用いてハドロン構造を調べる。例えば、偏極高エネルギーミューオンビームを偏極核子を有する固定標的に照射することで、構造関数のスピン依存部分を調べることができる。[ 1 ] [ 2 ]

単純なパートン模型では、核子はクォークとグルーオンから構成され、それらの相互作用は量子色力学によって支配されます。固定標的の代わりに、2つの偏光ビームを衝突させる方法があります。この分野では、多くの研究所や研究室が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 T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。より伝統的な鉄磁石は、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、好ましくありません。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、約1Kの既知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、ターゲット材料内の常磁性中心を電子スピン共鳴周波数（2.5Tの磁場中で約70GHz） 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、光ポンピングを使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状態を維持し（可能な限り高い積分 ルミノシティを得るため）、また、最高の性能指数を得るために核分極を最大化するために、低温が求められる。通常、分極形成時には300 mK以下、凍結スピンモードでは50 mK以下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 ]

ターゲット物質内の常磁性中心を維持するためには、ターゲット物質を常に極低温（典型的には100 K未満）に保つ必要があります。このため、ターゲット物質を液体窒素槽からヘリウム3/4混合室に直接装填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物質と相互作用しますが、ターゲット構成材料による散乱は望ましくありません。そのため、放射長の観点から、材料予算を小さく抑えるという追加の要件が生じます。このため、入射ビームおよび散乱生成物の領域には、薄く低密度の構成材料が使用されます。

優れた分極ターゲット物質[ 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、ターゲット物質の取り扱いが容易なことである。動的核分極のためには、物質にフリーラジカルをドープする必要がある。通常、2つの異なる方法がある。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、強力電子ビームの照射によってF 中心を生成する方法である。一般的に使用されるターゲット物質は、ブタノール、アンモニア、[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]水素化リチウム[ 26 ] およびそれらの重水素化された対応物である。非常に興味深い物質は重水素化水素である。これは、分極可能な核子の含有量が最大であるからである。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用いて、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る。[ 27 ] 100 K程度の温度と0.3 Tの磁場で起こる。 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 ]

参考文献

  1. ^ E. Leader (2001). 「素粒子物理学におけるスピン」. Cambridge University Press. ISBN 0521352819。
  2. ^ SD Bass (2008). 「陽子のスピン構造」. World Scientific Publishing. ISBN 9812709479
  3. ^ PSI
  4. ^ a bルール大学ボッフム分極ターゲットグループ
  5. ^山形大学クォーク核物理研究グループ
  6. ^バージニア大学スピン物理学グループ、バージニア大学分極ターゲットグループ
  7. ^偏光ターゲットボン
  8. ^ NA Bazhanova; B. Bendab; NS Borisovc; AP Dzyubakd; G. Durandb; LB Golovanove; GM Gurevichf; AI Kovaleva; AB Lazarevc; F. Leharb; AA Lukhanind; AB Neganovc; SV Topalovf; SN Shilovc; Yu. A. Usov (1996). 「高エネルギースピン物理実験のための可動偏極ターゲット」. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A . 372 (3): 349– 351. Bibcode : 1996NIMPA.372..349B . doi : 10.1016/0168-9002(95)01307-5 .
  9. ^第11回偏光光源・ターゲット国際ワークショップ、2005年11月14日～17日、東京
  10. ^第12回偏光光源、ターゲット、偏光測定に関する国際ワークショップ、2007年9月10日～14日、米国ニューヨーク
  11. ^第13回偏光光源、ターゲット、偏光測定に関する国際ワークショップ、2009年9月7日～11日、イタリア、フェラーラ
  12. ^第14回偏光光源、ターゲット、偏光測定に関する国際ワークショップ、2011年9月12日～18日、ロシア、サンクトペテルブルク
  13. ^ 2013年国際偏光光源・ターゲット・偏光測定ワークショップ、2013年9月9日～13日、米国シャーロッツビル
  14. ^ 2015年9月14日〜18日、ドイツ、ボーフムで開催された2015年国際偏光光源・ターゲット・偏光測定ワークショップ
  15. ^ DG Crabb; W. Meyer (1997). 「核物理および素粒子物理実験のための固体偏極ターゲット」 . Annual Review of Nuclear and Particle Science . 47 : 67–109 . Bibcode : 1997ARNPS..47...67C . doi : 10.1146/annurev.nucl.47.1.67 .
  16. ^ A. Dael; D. Cacaut; H. Desportes; R. Duthil; B. Gallet; F. Kircher; C. Lesmond; Y. Pabot; J. Thinel (1992). 「SMCターゲット用超伝導2.5 T高精度ソレノイドと大型0.5 T双極子磁石」IEEE Transactions on Magnetics . 28 (1): 560– 563. Bibcode : 1992ITM....28..560D . doi : 10.1109/20.119937 .
  17. ^トーマス・ジェファーソン国立加速器施設、ホールAヘリウム3ターゲット
  18. ^ H. Middleton; GD Cates; TE Chupp; B. Driehuys; EW Hughes; JR Johnson; W. Meyer; NR Newbury; T. Smith; AK Thompson (1993). 「スピン交換光配管によって偏極されたSLAC高密度Heターゲット」(PDF) . AIP会議論文集. 293 : 244– 252. doi : 10.1063/1.45130 . hdl : 2027.42/87509 .
  19. ^ St. Goertz; W. Meyer; G. Reicherz (2002). 「粒子物理実験のための偏極H、D、および3Heターゲット」.粒子・核物理学の進歩. 49 (2): 403– 489. Bibcode : 2002PrPNP..49..403G . doi : 10.1016/S0146-6410(02)00159-X .
  20. ^ TO Niinikoski (1971). 「非常に高い冷却能力を持つ水平希釈冷凍機」.原子力機器・方法. 97 (1): 95– 101. Bibcode : 1971NucIM..97...95N . doi : 10.1016/0029-554X(71)90518-0 .
  21. ^ S. Isagawa; S. Ishimoto; A. Masaike; K. Morimoto (1978). 「偏極ターゲット用水平希釈冷凍機」.核計測・解析技術. 154 (2): 213– 218. Bibcode : 1978NucIM.154..213I . doi : 10.1016/0029-554X(78)90401-9 .
  22. ^ TO Niinikoski (1982). 「2リットル偏極ターゲット用希釈冷凍機」(PDF) .核物理学研究における計測と方法. 192 ( 2–3 ): 151– 156. Bibcode : 1982NucIM.192..151N . doi : 10.1016/0029-554X(82)90817-5 .
  23. ^ TO Niinikoski; J.-M. Rieubland (1979). 「0.5 K以下の照射アンモニアにおける動的核分極」 . Physics Letters A. 72 ( 2): 141– 144. Bibcode : 1979PhLA...72..141N . doi : 10.1016/0375-9601(79)90673-X .
  24. ^ DG Crabb; CB Higley; AD Krisch; RS Raymond; T. Roser; JA Stewart; GR Court (1990). 「照射アンモニアにおける96%のプロトン分極の観測」. Physical Review Letters . 64 (22): 2627– 2629. Bibcode : 1990PhRvL..64.2627C . doi : 10.1103/PhysRevLett.64.2627 . PMID 10041768 . 
  25. ^ W. Meyer (2004). 「分極固体ターゲット材料としてのアンモニア - レビュー」.核物理学研究における計測と方法 A. 526 ( 1–2 ) : 12–21 . Bibcode : 2004NIMPA.526...12M . doi : 10.1016/j.nima.2004.03.145 .
  26. ^ J. Ball (2004). 「サクレーにおけるリチウム化合物の30年間の研究」.核物理学研究における計測と方法 A. 526 ( 1–2 ) : 7–11 . Bibcode : 2004NIMPA.526....7B . doi : 10.1016/j.nima.2004.03.144 .
  27. ^ TR Eichhorn; M. Haag; B. van den Brandt; P. Hautle; W. Th. Wenckebach (2013). 「ペンタセン-d14の三重項状態を用いたDNPによる高プロトンスピン分極」. Chemical Physics Letters . 555 : 296– 299. Bibcode : 2013CPL...555..296E . doi : 10.1016/j.cplett.2012.11.007 .
  28. ^ MS Vindinga; C. Laustsena; II Maximovd; LV Søgaardb; JH Ardenkjær-Larsene; N. Chr. Nielsena (2013). 「動的核分極と最適制御による空間選択的13C MRIおよびMRS」 . Journal of Magnetic Resonance . 227 : 57– 61. Bibcode : 2013JMagR.227...57V . doi : 10.1016/j.jmr.2012.12.002 . PMID 23298857 . 
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