Machine learning enabled fast evaluation of dynamic aperture for storage ring accelerators
对于任何基于储存环的大型科学设施，最重要的性能参数之一是动态孔径（DA），它以全局方式测量带电粒子的运动稳定性。到目前为止，长期跟踪模拟被认为是最可靠的方法来计算DA。然而，数值跟踪可能会成为一个重要的问题，特别是当大量的候选设计的存储环需要进行评估。在本文中，我们提出了一种新的基于机器学习的方法，它可以减少DA跟踪的计算成本约一个数量级，同时保持足够高的评估精度。此外，我们证明了这种方法是独立的存储环的具体物理模型。这种方法具有潜在的应用于识别其他复杂动力系统中的不规则运动的类似问题。
2021-10-22 physics.acc-ph physics.comp-ph
Equation for spin decoherence rate in an all-electric ring
Talman在IPAC 2012中对自旋退相干率的推导存在定量误差。关键的一点是，在“沿着参考轨道”和“平行于粒子速度”中的“纵向”概念之间存在微妙的混淆。“它们是同方向的$\it not$，这一区别对于高精度实验寻找储存环中带电粒子可能的非零电偶极矩（EDM）具有重要意义。
2014-04-07 physics.acc-ph
Corrections for a constant radial magnetic field in the g-2 and electric-dipole-moment experiments with muons in storage rings
计算了μ g-2储存环中恒定径向磁场和电偶极矩实验的修正。虽然修正对于目前的g-2实验是可以忽略的，但它会影响费米实验室即将进行的μ子电偶极矩实验。
2017-10-25 hep-ex physics.acc-ph
Some notes on beam dynamics due to vertical oscillations in an all-electric storage ring
最近在arXiv [1]上发布了一份文件，描述了用于EDM（电偶极矩）储存环数值积分算法精度测试的粒子跟踪模拟分析公式和结果。在全电储存环的背景下，作者引用了Orlov的理论公式[2]。然而，提到奥尔洛夫是在2012年的一个研讨会上的一次谈话，并且没有发表，独立研究人员很难访问和验证。本文利用Hamilton形式重新推导和推广了Orlov的一些主要结果，并修正了Orlov的注[2]和arXiv文章[1]中的一些细节。
2015-03-27 physics.acc-ph
Comment on "rf Wien filter in an electric dipole moment storage ring: The "partially frozen spin'' effect''
Jacobi-Anger恒等式被用来量化Morse、Orlov和Semertz的发现[1]。纵向自旋分量中的长期项与贝塞尔函数成比例。提出了优化长期项的机器参数值的建议。
2014-03-15 physics.acc-ph
Resonance method of electric-dipole-moment measurements in storage rings
本文介绍了一种测量储存环中原子核电偶极矩的共振法。（1）与自旋进动共振地振荡粒子的速度，以及（2）交替地产生具有不同电子感应加速器调谐的两个子束--一个子束用于放大，从而使得更容易校正产生模仿EDM信号的假信号的环缺陷，另一个用于EDM测量。
2006-05-08 hep-ex hep-ph nucl-ex
Beam-Based Diagnostics of Electric Guide Fields and Lattice Parameters for Run-1 of the Muon g-2 Storage Ring at Fermilab
Muon g-2储存环电子系统的一部分，它提供垂直束聚焦，表现出意想不到的时间依赖性，产生了一个特征的演变过程中运行-1的Muon g-2实验在费米实验室（E989）的存储束。基于μ子储存环的数值模型和COSY INFINITY软件支持的优化算法，提出了一种重建Run-1电导场的方法。该方法以Muon g-2秸秆跟踪探测器的束流剖面测量值作为输入，并产生完全重建的随时间变化的场。然后，这些场可用于再现详细的光束跟踪模拟，并计算用于验收研究和系统误差评估的环晶格参数。
2022-11-16 physics.acc-ph
A tracking algorithm for the stable spin polarization field in storage rings using stroboscopic averaging
极化质子从未被加速到超过约$25$ GeV。为了在RHIC（250 GeV）、HERA（820 GeV）和TEVATRON（900 GeV）中实现极化质子束，需要加速器物理学的新思想和新技术。在本出版物中，我们将强调非常高能量的极化质子束的一个重要方面，即事实上，平衡极化方向可以在高能实验的相互作用区域内的整个束上发生实质性变化时，不采取对策。这种偏振方向的发散不仅会减少粒子物理实验可用的平均偏振，而且还会使检测器中分析的每次碰撞中涉及的偏振强烈依赖于相互作用粒子的相空间位置。为了分析和补偿这种效应，需要计算平衡偏振方向的方法。在本文中，我们介绍了频闪平均的方法，它计算这个方向在一个非常有效的方式。由于只需要跟踪数据，我们的方法可以很容易地实现在现有的自旋跟踪程序。几个例子证明了自旋发散的重要性和频闪平均的适用性。
1996-05-17 acc-phys physics.acc-ph
Frequency domain method of the search for the deuteron electric dipole moment in a storage ring with imperfections
该方法基于四个基本特征。测量了垂直面内不完整圆环中由于电偶极矩和磁偶极矩引起的垂直面内总自旋进动频率。从顺时针到逆时针操作，环形元件的位置不变。在每个CW和CCW操作中交替地执行使用水平面中的偏振旋进频率测量的有效洛伦兹因子的校准。并且不同平面中的偏振旋进的频率之间的近似关系被设置为排除它们以接近$10^{-29}$ $e\cdot cm$的灵敏度水平混合到期望的EDM信号的垂直频率。
2017-11-17 physics.acc-ph
Electric Dipole Moment Measurements at Storage Rings
亚原子粒子的电偶极矩被认为是研究标准模型之外CP破坏的最有力的工具之一。这种CP破坏机制的搜索，以解释在我们的宇宙中的反物质的物质的主导地位。本文讨论储存环中带电强子的EDM搜索。该文件侧重于德国于利希研究中心现有储存环COSY的活动，以及能够展示关键技术和部件的100米周长原型环的设计。这些包括同时顺时针和逆时针操作的静电弯曲元件和通过添加磁场，冻结自旋技术的电子束。
2022-03-22 hep-ex physics.acc-ph
Systematic errors related to quadrupole misplacement in an all-electric storage ring for proton EDM experiment
在储存环电火花加工实验中，由于垂直电场与磁偶极矩的耦合作用，静电元件的错位会产生假信号。垂直错位的四极子引入与其错位成比例的电场，在存储期间在粒子的静止坐标系中周期性地变化。这导致在每转时垂直自旋分量的积累。我们研究了这种影响，模拟质子在一个全电环与几个四极场景。事实证明，四极杆的错位是一个关键的项目，以保持控制，我们提出了几种方法。这些措施包括调谐RF腔的频率，使用额外的校正四极杆和使用具有较弱聚焦强度的四极杆。
2017-09-05 hep-ex physics.acc-ph
Connection between beam polarization and systematical errors in storage ring electric-dipole-moment experiments
对储存环电偶极矩（EDM）实验中自旋动力学的分析表明，采用初始垂直束极化可以消除模拟EDM效应的自旋相关系统误差。虽然这种极化的使用遇到了一定的困难，它应该被认为是一种替代或补充的可能性，完成EDM实验。
2013-08-12 hep-ex physics.acc-ph physics.atom-ph
Magnetic field effects on the proton EDM in a continuous all-electric storage ring
通过测量质子束在垂直平面上的自旋进动率，可以在带电储存环中寻找质子的电偶极矩。在理想情况下，自旋进动来自于电场和电偶极矩之间的耦合。在实际情况下，磁场成为主要的系统误差源，因为它以类似的方式与磁偶极矩耦合。束可以看到各种配置，其中包括方向，时间依赖性等的磁场，例如，几何相位效应观察时，束看到在不同的方向和相位周期性的字段。我们已经模拟了磁场在主要的独立场景中的效果，并发现与静态磁场情况下的分析估计一致的结果。我们为每种情况下的磁场设置了限制，并提出了避免磁场产生系统误差的解决方案。
2018-12-06 physics.acc-ph
A Storage Ring proton Electric Dipole Moment experiment: most sensitive experiment to CP-violation beyond the Standard Model
储存环电火花加工协作组正在完成向能源部提出的一项全面建议，以便在10- 29 e \cdot cm级进行敏感质子电火花加工实验。这涉及构建半径为R~40 m的电环，其中通过由3 cm间隙分开的不锈钢板提供弯曲，提供10 MV/m的电场。这个环可以存储0.7 GeV/c动量的质子，也被称为“魔术”，因为它具有独特的性质，即自旋和动量矢量在任何电场中都以相同的速率进动。如果自旋在存储时间的大部分持续时间内保持纵向，则径向电场作用于质子电偶极矩，并且可以引起可测量的垂直自旋进动。对自旋相干时间、旋光仪系统和电场的研究表明，我们达到了实验的目的。相对束流位置监测器的计划使用目前可用的技术，并将其应用于加速器环境。需要进行一些研究和开发，以确定该计划的可行性。进一步改善的前景与未来的升级为另一个数量级的EDM灵敏度也奠定了。
2011-10-15 hep-ex physics.acc-ph
Field of a moving locked charge as applied to beam-beam interactions in storage rings
结果表明，洛伦兹变换一般不能正式应用于锁定在某一区域内的粒子的势和场。特别是，这种性质与原子核中的核子以及储存环中的粒子和原子核有关。即使它们以高速运动，它们的电场也由库仑定律定义。所得结果对计划中的储存环氘电偶极矩实验具有重要意义。
2015-11-21 hep-ex hep-ph physics.acc-ph
Calculation of the dynamic aperture in the ANKA storage ring with a high-field wavelength shifter
三阶跟踪计算表明，基于商用12T分裂对螺线管的波长移位器与ANKA储存环是兼容的
1996-09-05 acc-phys physics.acc-ph
Octupole Focusing Relativistic Self-Magnetometer Electric Storage Ring "Bottle"
提出了一种测量带电基本粒子（如质子）电偶极矩（EDM）的方法，该方法是测量径向电弯曲场$E_r$作用于全电储存环中循环的冻结自旋极化质子的EDM所引起的自旋进动。限制这种测量的主要系统误差来自于由作用于质子的（大得多的）磁偶极矩（MDM）的无意和未知的平均径向磁场$B_r$引起的伪自旋进动。除了采取极端的磁屏蔽措施外，防止这种系统误差的最佳保护措施是使用储存环本身作为“自磁力计”;产生系统EDM误差的精确磁场平均值$\langle B_r\rangle$通过轨道位置控制被精确地归零。通过使用八极而不是四极聚焦，回复力对于小振幅的垂直电子感应加速器样运动可以小得几乎为零，但在大振幅下足够强以保持所有粒子被捕获。这大大提高了磁力计的灵敏度。任何平均径向磁场误差$\langleΔB_r\rangle$都会引起CW和CCW射束之间的垂直轨道偏移。自磁力测量法测量这种变化，使其消除。对于这里提出的八极环，磁场控制的精度为$\langleΔB_r\rangle\approx \pm 3\times10^{-16}\,$特斯拉。这足够小以将质子EDM测量中的系统误差减小到可以测量到与标准模型预测的实际小偏差的范围内。虽然新颖，这里给出的相对论瓶子的理论分析，磁或电或两者兼而有之，是基本的，他们的行为被预测是完全令人满意的。
2015-12-02 physics.acc-ph
Experimental 3-dimensional tracking of the dynamics of a single electron in the Fermilab Integrable Optics Test Accelerator (IOTA)
本文介绍了IOTA储存环单电子横向和纵向动力学的实验研究结果。IOTA是一台灵活的机器，专门用于电子和质子的束物理实验。开发了一种方法来可靠地注入和循环环中的电子数量控制。一个关键的光束诊断系统是一套灵敏的高分辨率数码相机，用于检测电子发出的同步加速器光。在机器中有60-130个电子的情况下，我们测量了束流寿命并导出了光学系统的绝对校准。在曝光时间为0.5秒时，相机对单个电子敏感。相机图像被用来重建一个单一的电子在所有3个自由度的振荡幅度的时间演化。振幅的演变直接显示了同步辐射阻尼、量子激发和与残余气体的散射之间的相互作用。从测得的单电子振荡振幅的分布，我们推导出的横向发射度，动量扩散，阻尼时间，和光束能量。残余气体的密度和组成的估计计算从测量的垂直散射角的分布。结合散射和寿命数据，我们还提供了一个估计的环的孔径。据我们所知，这是第一次在储存环中用数码相机在所有三个维度上跟踪单个电子的动力学。
2021-10-01 physics.acc-ph
Berry phases in an electric-dipole-moment experiment in an all-electric storage ring
考虑了全电储存环电偶极矩实验中Berry（几何）相位引起的系统效应。我们分析了自旋冻结和局部纵向和垂直电场交替时的实验装置。由于Berry相位，自旋绕径向轴旋转。相应的系统误差是相当重要的，而它可以用顺时针和逆时针光束来消除。Berry相也导致了自旋绕径向轴的转动。这种效应也可以用顺时针和逆时针光束来消除。自旋进动的角速度的方位角分量的符号取决于自旋取向完美的起始点。该量的径向分量在每个起点保持其值和符号。当纵向电场和垂直电场在同一段内没有任何交替地连接时，不会出现由于几何相位引起的系统误差。然而，另一个系统的影响，自旋旋转的方位轴发生，并有相反的符号为顺时针和逆时针光束。
2018-01-03 hep-ex hep-th nucl-ex
Spin decoherence rate in a weak focusing all-electric ring
我以前推导出的自旋退相干率的表达式（在水平面内的轨道和自旋运动）在弱聚焦全电存储环与径向场（对数势，场指数$n=0$）。这里我将计算推广到任意字段索引$n\ge0$。我还解决了模型的相对论开普勒问题（场指数$n=1$），其中的轨道的解决方案是已知的分析，我验证，它证实了从微扰理论的解决方案。
2014-09-07 physics.acc-ph
EDM planning using ETEAPOT with a resurrected AGS Electron Analogue ring
最近人们对直接测量质子和电子的电偶极矩（EDM）很感兴趣，这种测量需要在全电储存环中储存一束“冻结自旋”粒子的极化束。只有一个这样的相对论性电子加速器曾经被建造-“电子加速器”环在布鲁克海文国家实验室于1954年。碰巧的是，这个电子环，很久以前就被拆除了，既适合测量电子EDM，也适合作为一个廉价的原型，用于更有前途的，但要贵十倍的质子EDM测量。今天，通过计算机模拟其性能来“复活”电子增强环的成本更低。这是本文的目的之一。为了建立这些计算，需要一种“考古物理学”来重建详细的电子反晶格设计。新的UAL/ETEAPOT代码，详细介绍了在所附的文件中，已开发的建模存储环的性能，包括（确切的BMT）自旋演化，在电环。说明它的使用，比较它的预测与旧的观察，并描述有关自旋演化和代码性能的新的期望，是本文的其他目标。本文介绍了ETEAPOT程序的实际应用，并提供了一些示例结果，重点是在AGS Anchoring中模拟晶格光学，以便与历史上的机器研究进行比较，并预测它们将测量的电子自旋演化。为了展示ETEAPOT代码的性能，并确认其symplecticity，结果也给出了30万转质子自旋跟踪在一个全电晶格，这将是适合于目前的测量质子EDM。
2015-03-29 physics.acc-ph
An MDM Spin Transparent Quadrupole for Storage Ring based EDM Search
储存环为直接测量带电粒子的电偶极矩提供了一种有吸引力的选择。为了达到10^-29 e x cm的灵敏度，关键是要减轻所有来源的系统误差。在此，我们提出了一种独特的磁偶极矩~（MDM）自旋透明四极子的想法，它可以显著减小由于粒子遇到的横向电场和磁场引起的系统误差。
2016-11-15 physics.acc-ph
Frequency Domain Storage Ring Method for Electric Dipole Moment Measurement
基本带电粒子电偶极矩的精确测量将为物理学提供一个超越标准模型的重要探索。任何可测量的大EDM都意味着违反了时间反演和宇称守恒，这意味着宇宙中物质/反物质的不平衡，这在标准模型中是无法理解的。本文提出了一种测量电子、质子或氘核EDM的频域（即频率差）方法。质子EDM的预期精密度（即再现性）为$10^{-30}\,$ e-cm，具有相当的准确度（即包括系统误差）。这将比目前的上限小几乎六个数量级，并将提供对标准模型的严格检验。共振偏振法，实际上是由大极化光束电荷，是关键（最新颖，最少证明）的元素的方法。随着锁相，滚动偏振“库普旋转轮”，共振偏振测量光束偏振作为振幅，而不是作为强度。例如，在100Hz处并且可由恒定控制电流调节的极化滚转导致由于场误差导致的寄生转矩平均为零以达到高精度。由于这些扭矩被认为是真正冻结尾旋操作中系统误差的主要来源，因此这是滚动极化带来的重大改进。系统误差的重要来源仍然存在，主要来源是由于维恩滤波器反转不确定性。电子和质子自旋都可以在全电储存环中“冻结”，它们的EDM精度应该相当。冻结氘核自旋需要一个叠加的电磁引导场;否则滚动自旋的方法和精度应该是相似的。
2015-12-04 physics.acc-ph
Thomas-BMT equation generalized to electric dipole moments and field gradients
本文给出了一个相对论性运动方程的表达式，其中包括电场梯度，粒子及其自旋，电和磁偶极矩沿自旋轴排列。利用电磁对偶变换推广了一个带梯度项的BMT方程。修正粒子动力学在储存环的精确$(g-2)$和电偶极矩测量计算，并考虑到精密粒子跟踪程序的应用。
2015-07-16 physics.acc-ph
Predominantly electric storage ring with nuclear spin control capability
提出一种以电场为主、弱磁场偏转的存储环，可存储不同速度的两种粒子束团，利用追尾碰撞直接测量核嬗变的自旋依赖性，覆盖从数百keV到π产生阈值的质心动能，并强调氚β衰变过程的自旋测量能力。
2024-02-06 physics.acc-ph
Quantum mechanics of radiofrequency-driven coherent beam oscillations in storage rings
储存环实验中质子电偶极矩的精确搜索要求在皮米范围内进行束流位置监测。我们提出了相关的全量子力学推导的射频驱动的集体振荡的光束在存储环。
2021-11-16 hep-ph nucl-ex nucl-th
Efficient Evaluation of Arbitrary Static Fields For Symplectic Particle Tracking
本文介绍了一种有效计算带电粒子长时间跟踪所需的无源区中任意静磁场和电场的方法。在感兴趣区域的边界上给出的场值通过围绕边界表面的假设磁单极或电单极的布置在内部再现。矢量势和标量势是通过对每个标量势的贡献求和而得到的。该方法的第二步提高了几个数量级的电位及其导数的评估速度。这包括通过重叠球体覆盖感兴趣的区域，然后计算每个球体上的势的球谐展开。在跟踪过程中，通过计算包含粒子的球体内的固体谐波及其导数来评估场值。在小型粒子加速器上开发了测试和演示该方法的软件。据我们所知，没有其他的方法，这种允许长时间的辛积分在一般静态领域，而不简化。
2019-04-02 physics.acc-ph physics.comp-ph
Field calculations, single-particle tracking, and beam dynamics with space charge in the electron lens for the Fermilab Integrable Optics Test Accelerator
费米实验室可积光学测试加速器计划的电子透镜作为一个非线性元件的可积动力学，作为一个电子冷却器，并作为一个电子陷阱，研究环中的空间电荷补偿。介绍了非线性可积光学的主要设计原则和约束条件。一个磁配置的环形部分的磁通量和布局。单粒子跟踪被用来优化电子路径。高强度下的电子束动力学是用粒子单元代码来计算的，以估计电流极限、轮廓失真以及对循环束的影响。在结论中，我们总结了主要的研究结果，并列出了进一步工作的方向。
2015-11-14 physics.acc-ph
Electrostatic deflector studies using small prototypes
研究储存环中粒子的电偶极矩需要研制具有静电场的专用偏转元件。在这些环中，应使用电偏转器作为带电粒子的弯曲元件。本文介绍了按比例缩小的原型，几厘米的大小，调查不同的偏转材料在类似的电场，但比真正的尺寸原型小得多的距离的研究。
2019-03-18 physics.acc-ph physics.ins-det
A Storage Ring Experiment to Detect a Proton Electric Dipole Moment
本文介绍了在全电储存环上利用极化的"魔"动量$0.7$~GeV/c质子探测质子永久电偶极矩的新实验，灵敏度为$10^{-29}e\cdot$ cm。系统误差相关的实验进行了讨论，并提出了解决这些问题的技术。在3000~TeV的尺度上，测量对标准模型以外的新物理非常敏感。
2015-02-15 hep-ex physics.acc-ph
Storage Ring to Search for Electric Dipole Moments of Charged Particles -- Feasibility Study
所提出的方法利用带电粒子限制为一个存储环束（质子，氘核，可能$^3$他）搜索沿粒子自旋轴排列的固有电偶极矩（EDM）。统计灵敏度可接近10 $^{-29}$ e $\cdot$ cm。挑战将是将系统误差减少到类似的水平。将调整环以保持自旋极化，最初平行于粒子速度，时间超过15分钟。通过EDM作用的大径向电场将使极化从纵向旋转到垂直方向。垂直偏振分量的缓慢上升，通过从目标散射检测，信号EDM。该项目的战略是概述。设想了一个逐步的计划，从正在进行的COSY活动开始，这些活动证明了技术可行性。迄今为止的成就包括减少偏振测量误差，长的水平面偏振寿命，并通过散射测量的反馈控制偏振方向。该项目继续进行能力验证测量（前体实验;第一次直接氘EDM测量），中间原型环（原理验证;关键技术演示），最后是高精度电场存储环。
2021-06-25 hep-ex nucl-ex physics.acc-ph
