FCC-ee旋光仪
FCC-ee polarimeter
摘要:
用逆康普顿散射测量电子束极化的另一种方法
英文摘要:
Another way to measure electron beam polarization by inverse Compton scattering
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。
FCC-ee polarimeter
Nickolai Muchnoi
用逆康普顿散射测量电子束极化的另一种方法
Another way to measure electron beam polarization by inverse Compton scattering
机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。
继续探索
A Compton Backscattering Polarimeter for Measuring Longitudinal Electron Polarization
康普顿背散射偏振法提供了一种快速测量储存环中电子束偏振的方法。由于该方法是非破坏性的,因此可以在内部靶实验期间监测电子的极化。在NIKHEF,已经建造了一个康普顿偏振计来测量存储在AmPS环中的纵向偏振电子的偏振。本文介绍了第一台用于测量储存的纵向极化电子束极化的康普顿偏振计--旋光计的初步结果。
Setup of Compton polarimeters for measuring entangled annihilation photons
介绍了一种研究湮灭光子在各种量子态(纠缠态和退相干态)中的康普顿散射的实验装置。两个纠缠的$γ$ -量子的能量为511千电子伏和相互正交的极化产生的正负电子湮没在薄铝板,并在相反的方向发射。为了测量这两个光子,该装置提供了两个等效的康普顿偏振计臂。康普顿偏振计由塑料闪烁散射器和用于测量以90 ° $^\circ$偏转的光子的NaI(Tl)探测器阵列组成。具有SiPM读出的GAGG闪烁体的中间散射体被插入到其中一个臂中,以在偏振计中的湮灭光子的测量之前创建标记的退相干过程。讨论了康普顿散射体和NaI(Tl)计数器的性能。从散射γ的角分布估算了康普顿偏振计的偏振调制因子和分析能力。首次比较了纠缠态和退相干态光子的康普顿散射。
A Compton Backscattering Polarimeter for Measuring Longitudinal Electron Polarization
康普顿背散射偏振测量法为储存环中电子束的偏振测量提供了一种快速、准确的方法。由于该方法是非破坏性的,电子束的偏振可以在内部目标实验期间进行监测。为此,NIKHEF建造了一台康普顿偏振计,用于测量可以存储在AmPS环中的纵向偏振电子的偏振。本文介绍了第一台直接测量储存纵极化电子束极化的康普顿偏振计的设计和测量结果。
Upgraded photon calorimeter with integrating readout for Hall A Compton Polarimeter at Jefferson Lab
杰斐逊实验室A厅的康普顿偏振计的光子臂已经升级,允许电子束偏振测量精度优于1%。数据采集系统(DAQ)现在包括一个积分模式,它消除了原始计数DAQ设置中固有的几个系统不确定性。的光子量热计已被取代的Ce掺杂的GSO晶体,它具有明亮的输出和快速响应,并使用新的积分方法在电子束能量从1到6 GeV的测量工作良好。
A novel comparison of Møller and Compton electron-beam polarimeters
我们已经进行了一个新的比较基于穆勒和康普顿散射的电子束偏振计。在杰斐逊实验室C厅的$Q_{\rm weak}$实验中,在低束流($<$ 5 $μ$ A)下进行了一系列电子束极化测量。这些低电流测量值与康普顿旋光计的常规高电流(180 $μ$ A)操作相对应。所有的测量结果被发现是一致的实验不确定度为1%或更少,表明电子极化并不显着依赖于束流。这一结果使人们对在低束流条件下进行的穆勒测量应用于在高束流条件下进行的物理实验的普遍做法有了信心。基于独立物理过程的两种偏振测量技术之间的一致性为未来需要低于1%精度的偏振测量精度的不对称测量设定了重要基准。
Characterization of scatterers for an active focal plane Compton polarimeter
在这项工作中,我们提出了一个积极的康普顿散射偏振仪作为焦平面仪器能够扩展对硬X射线的X射线偏振。其他作者已经通过蒙特卡罗模拟研究了各种仪器设计,在这项工作中,我们将首次展示旨在评估作为能量函数的偏振计灵敏度的“标记效率”的实验测量。我们通过测量标记效率来表征不同的散射材料,该标记效率被用作蒙特卡罗模拟的输入。然后,我们计算了基于实验室设置的设计的偏振敏感度。尽管测试的几何形状是不是一个现实的焦平面仪器优化,我们证明了偏振的可行性与低能量阈值为20千电子伏。此外,我们评估了一个10 mCrab源在100 ks之间的20和80 keV的NuSTAR的一个多层光学模块的焦平面中的最小可检测偏振为10%。所使用的配置包括掺杂的对三联苯散射体3厘米长和0.7厘米的直径与0.2厘米厚的溴化镧吸收耦合。
A Compton polarimeter using scintillators read out with MPPCs through Citiroc ASIC
近年来,一些专门建造的基于偏振器的偏振计首次研究了硬X射线波段(数十至数百keV)的明亮天文源。增加旋光可以通过解决依赖于模型的简并来帮助数据解释。典型的仪器方法是入射X射线从塑料闪烁体散射到相邻的闪烁体单元中。在迄今为止的所有特派团中,使用传统的真空管光电倍增管读出光放大器。固态光电倍增管(“硅PM”或“MPPC”)的出现对空间仪器很有吸引力,因为这些设备紧凑、坚固且需要低偏置电压。我们已经表征了塑料闪烁体,EJ-248 M,光学耦合到多像素光子计数器(MPPC)和读出与Citiroc ASIC。在室温下获得了1.6个光电子/keV的光产额,低能量探测阈值为$\lesssim$ 5 keV。我们还建造了一个基于MPPC的偏振仪演示,以探讨这种方法的可行性,为未来的仪器。入射X射线从塑料闪烁体棒散射到周围的掺铈GAGG(钆铝镓石榴石)闪烁体,在闪烁体中产生时间重合信号。我们已经确定了使用非极化和极化$\sim$ 50 keV X射线的极化响应。我们观察到一个明显的不对称性的GAGG计数率的偏振光束。塑料闪烁体中的低能量检测阈值可以使用符合技术进一步降低。演示偏振计的设计显示作为一个空间为基础的康普顿偏振计的承诺,我们讨论的方式,我们的偏振计可以适应这样的任务。
A Quartz Cherenkov Detector for Compton-Polarimetry at Future e+e- Colliders
精确的旋光测量对于未来的e+ e对撞机是必不可少的,需要康普顿旋光仪设计的统计不确定性可以忽略不计。在本文中,我们讨论了这种康普顿偏振计的石英切伦科夫探测器的设计和建设。探测器的概念已经开发的偏振测量的主要系统的不确定性,即探测器响应和探测器对准的线性度。这里提出的模拟研究意味着,通过使用石英作为切伦科夫介质可达到的光输出允许在切伦科夫光子谱中分辨对应于不同数量的康普顿电子的各个峰。应用这种单峰分辨率的偏振测量的检测器的好处示出的上游偏振计预见在国际直线对撞机的例子。第一次测试束运动的结果与四通道原型确认模拟预测单电子。
Compton Cherenkov Detector Development for ILC Polarimetry
为了充分发挥离子液体控制器的物理潜力,必须对离子液体控制器的束流参数进行精确的测量和控制。在光束偏振的情况下,这只能通过专用的高能康普顿偏振计和通过改善检测器线性以及分析功率的校准来实现。本说明总结了早期的测试光束周期与切伦科夫探测器的SLD偏振计,读出电子和光电探测器的线性测量的结果,并比较模拟结果的SLD切伦科夫探测器与一个新的“U形”的原型。
Simulation Studies and Detector Scenarios for an ILC Polarimeter
高能纵向电子偏振测量将以国际直线对撞机的康普顿散射为基础。一个不显眼的测量必须包括一个磁铁弯道设置作为光谱仪。目前的建议使用切伦科夫探测器进行电子探测。一个快速的模拟已经发展到研究的偏振仪设置的情况下的基本属性。
Calibration of the Space-borne Compton Polarimeter POLAR flight model with 100% polarized X-ray beams
POLAR是一种星载探测器,设计用于精确测量50 keV - 500 keV能量范围内伽马射线暴瞬发辐射的伽玛射线偏振。POLAR是一种紧凑型康普顿旋光仪,由40个$\times$ 40塑料闪烁体条组成,由25个多阳极光电倍增管读出。2015年5月,我们在欧洲同步辐射装置光束线ID 11 aming上用100\%偏振X射线束对POLAR飞行模型进行了一系列测试,以研究POLAR飞行模型对偏振X射线束的阈值、通道间串扰和响应。本文介绍了数据分析方法和一些分析结果。结果表明,POLAR FM具有良好的极化性能。
A Calibration System for Compton Polarimetry at $e^+e^-$ Linear Colliders
在未来的正负电子直线对撞机中,具有千分之一精度的偏振测量是必不可少的。康普顿旋光仪可以在几秒钟的测量时间内达到可以忽略的统计不确定性。主要的系统不确定性来源于记录康普顿散射电子的探测器的响应和对准。预计在未来的直线对撞机上使用的康普顿旋光仪的可靠基线技术是基于由光电倍增管读出的气体切伦科夫探测器阵列。在本文中,我们将提出一种校准方法,承诺监测在几个千分之一的水平,这样的探测器的响应的非线性。该方法已在基于LED的校准系统中实现,该系统与现有的原型探测器相匹配。该校准系统的性能足以控制对提取偏振的总不确定性的相应贡献,使其优于$0.1\%$。
Optimization of the final settings for the Space-borne Hard X-ray Compton Polarimeter POLAR
POLAR是一种紧凑型宽视场星载探测器,专用于精确测量能量范围从50 keV到500 keV的瞬态源发射的硬X射线的线性偏振。它由1600个塑料闪烁体棒组成,分为25个探测器模块,用作伽马射线探测材料。它的能量范围的灵敏度进行了优化,从伽马射线暴的即时发射光子的检测。测量的伽玛暴偏振提供了独特的信息,发射机制,以及对伽玛暴喷流的成分和结构。POLAR仪器由瑞士、中国和波兰的国际合作开发。它于2016年9月15日在中国空间实验室TG-2上发射升空。基于地面校准数据,计算并验证了几个高电压和阈值设置,以获得不同的能量范围和优化的信号背景条件,用于不同的测量目的。在本文中,我们提出了优化过程的细节和当前的测试结果。
Precision Polarimetry at the ILC: Concepts, Simulations and experiments
ILC的精密物理程序需要精确的光束偏振态知识。事实上,用于ILC的康普顿偏振计必须测量偏振,误差比SLAC SLD实验中以前的最佳测量小2倍。为了进一步减少测量误差,自旋跟踪模拟ILC光束传输系统受到地面运动引起的未对准已经进行,并在偏振的预期变化已经量化。研制了一台高精度的激光束与带电束相互作用康普顿散射电子谱仪样机。康普顿电子与偏振计通道中的气体相互作用,产生由光电探测器测量的切伦科夫辐射。光电探测器的校准是至关重要的,并且已经进行了光电探测器线性的详尽的台架测试。旋光仪原型本身将于2009年春季在波恩的ELSA试验梁上进行测试。
A crosstalk and non-uniformity correction method for the Compact Space-borne Compton Polarimeter POLAR
尽管在过去的几十年里进行了广泛的观测和大量的理论研究,但与伽马射线暴(GRB)发射机制有关的几个关键问题仍然没有得到解答。通过专用仪器对伽玛射线暴偏振进行精确探测可以提供新的数据,并成为揭示其真实性质的最终工具。设计了一种新型的星载康普顿偏振计POLAR,用于测量伽玛暴瞬发辐射的线偏振。POLAR使用塑料闪烁棒(PS)作为伽马射线探测器,使用多阳极光电倍增管(MAPMT)读取闪烁光。这种检测系统的固有特性是串扰和非均匀性。串扰拖尾记录多个通道上的能量,使得非均匀性校正和能量校准更加困难。严格提取可观察到的偏振需要适当地考虑这些影响。我们研究了在实验室用X射线束测量时,串扰对能量沉积的影响。利用引入的数据分析模型,推导出真实能量与记录能量之间的关系。它假定,串扰和非均匀性可以用单能量X射线和伽马射线校准中获得的单个矩阵来描述。必要的修正引入使用矩阵为基础的方程,允许适当的评估所测量的伽玛射线暴光谱。在专用实验检测期间确立了该方法的有效性。同样的方法也可以应用于空间使用POLAR内部校准源。所介绍的模型是通用的,并与其他基于MAPMT的仪器的数据分析很好地适用于一些调整。
Development of a one-dimensional position sensitive detector for Compton X-ray polarimeters
本文开发了一种用于康普顿X射线偏振仪的一维位置敏感探测器,通过使用NaI(Tl)闪烁体吸收体和SiPM阵列实现高灵敏度检测,并通过位置敏感探测器提高偏振测量的精度和性能。
Demonstration of nuclear gamma-ray polarimetry based on a multi-layer CdTe Compton Camera
本文利用多层CdTe康普顿相机和847-keV极化伽马射线进行实验,验证了其作为高偏振灵敏度和合理探测效率的可靠伽马射线偏振计的能力。
In-flight energy calibration of the space-borne Compton polarimeter POLAR
POLAR是一种紧凑的宽视场星载探测器,用于精确测量能量范围从50 keV到500 keV的瞬态源发射的硬X射线的线性偏振。它由用作检测材料的40 $\times$ 40塑料闪烁体棒阵列组成。这些条被分组在25个检测器模块中。对POLAR的能量范围灵敏度进行了优化,使其与伽马射线暴(GRB)的瞬发光子相匹配。对瞬发辐射的偏振测量将有助于探测伽玛暴喷流中的源几何形状、辐射机制和磁结构。该仪器还可以探测来自太阳耀斑的硬X射线,并用于精确测量其偏振。POLAR于2016年9月15日在中国空间实验室TG-2上发射进入低地球轨道。为了实现偏振测量的高精度,必须确保在飞行之前和飞行期间进行精确的能量校准。使用仪器内放置的四个低活度$^{22}$ Na放射源进行此类校准。能量转换因子与来自源的共线湮灭光子的康普顿边缘位置有关。本文介绍了飞行校准的基本原理,介绍了基于蒙特卡罗模拟的方法研究及其实验室验证,最后给出了基于飞行数据分析的观测结果。
The Longitudinal Polarimeter at HERA
本文介绍了DESY HERA储存环上的康普顿背散射激光偏振计的设计、结构和工作情况。该设备测量的纵向极化的电子束之间的自旋旋转器在HERMES实验的分数系统的不确定度为1.6%。当设备在多光子模式下操作时,对0.01的绝对统计精度的射束偏振的测量通常需要一分钟。偏振计还测量每个单独电子聚束的偏振,在大约5分钟内达到0.06的绝对统计精度。发现碰撞和非碰撞聚束可以具有显著不同的偏振。这一信息对于对撞机实验H1和ZEUS未来的纵向极化电子计划非常重要,因为这些实验只使用碰撞聚束。
Probing Nucleon Spin Structure with a Polarized Gamma Beam from Compton Backscattering at FCC-ee
本文提出基于FCC-ee电子束的康普顿背散射产生高能极化伽马射线,通过开粲光产生过程测量极化胶子分布Δg(x),精度比现有最佳测量提高4-7倍。
Accurate measurement of the electron beam polarization in JLab Hall A using Compton polarimetry
在Jlab Hall A用基于法布里-珀罗腔光子束放大器的康普顿偏振计实现了精确电子束偏振测量的重大进展。在4.6 GeV的电子能量和40 μ A的束流,总的相对不确定度为1.5%,通常在40分钟内取得的数据。在相同条件下,偏振监测的准确度为1%。这些前所未有的结果使康普顿偏振测量成为现代宇称违反实验的重要工具,这些实验需要非常精确的电子束偏振测量。
Redesigning the Jefferson Lab Hall A Beam Line for High Precision Parity Experiments
连续电子束加速器装置(CEBAF)是用一个电子束电子源建造的,三条原始的实验霍尔线反映了这一点。几年后,束流传输开始了宇称违反实验被批准,两个偏振计安装在大厅A束线没有与加速器物理组协商。光束光栅系统被放置在新的康普顿旋光仪之后,在一个加速器四极和四个四极在新的穆勒旋光仪之前。这是非常困难的,以满足实验要求的信封功能和光栅形状与这种安排,使一名成员的加速器物理组有第六个四极安装下游的穆勒旋光仪。A厅的所有宇称实验都是在这种仍然不令人满意的配置下进行的。MOLLER实验的前提是在32 ppb的不对称性下实现2%的误差。需要改变光束线以满足系统误差预算。本文记录了现有的光束线,一个临时的变化,可以在年度维护期间完成下来,并为MOLLER和后续实验的最终配置。
Polarization of the Tagged Compton Backscattered Laser Photons. Results of Monte Carlo Simulation
本文用蒙特卡罗模拟计算了激光光子与高能电子康普顿后向散射产生的γ束的偏振特性。假设出射光子被标记;考虑标记光子的能量色散和初始电子的发射率。最终的光子偏振参数的依赖于测量的光子能量。结果表明,最终光子的偏振度随着标记能量分辨率的价值的变化而减小。计算已被应用于存储环西伯利亚-2在库尔恰托夫研究所。所得到的结果表明,在现有的和计划的设施上建造的γ偏振计的最终光子束偏振的在线测量的合理性。
Ultra-High precision Compton polarimetry at 2 GeV
本文报道了在杰斐逊实验室CREX实验中利用康普顿偏振测量法实现的电子束极化测量,总不确定度达0.36%,为迄今最高精度,满足未来MOLLER和SoLID实验的要求。
Efficient propagation of the polarization from laser photons to positrons through Compton scattering and electron-positron pair creation
我们第一次证明了根据一个新的方案,包括两个量子过程,如逆康普顿散射和电子-正电子对创建的高度极化的短脉冲正电子的生产与有限的能量扩展。利用能量为1.28 GeV的高质量电子束散射的532 nm圆偏振激光束,我们获得了强度为10^4 e+/束团的偏振正电子。用新设计的正电子极化计测得正电子极化幅度为73 ± 15(sta)± 19(sys)%。
Precision Møller Polarimetry for PREX and CREX
位于杰斐逊实验室A厅的PREX-2和CREX实验是对复杂原子核的宇称违反弹性电子散射的精确测量。一个要求是入射电子束偏振,通常为$\approx$ 90,以1%的精度已知。我们在光束线上调试并运行了一台Møller旋光仪,其精度超过了这一要求,PREX-2的精度达到了0.89%,CREX的精度达到了0.85%。不确定性是纯粹系统性的,从几个不同的来源积累,但由我们的知识的目标极化。我们的分析还表明,需要准确的原子波函数,以纠正Levchuk效应。我们描述的旋光仪操作和分析的细节,以及(CREX)从不同的旋光仪的基础上康普顿散射的结果进行比较。
Investigation of the spatial resolution of PET imaging system measuring polarization-correlated Compton events
本文开发了基于单层康普顿偏振仪测量偏振关联湮灭量子的新型PET演示系统,首次仅用关联湮灭事件重建Ge-68线源图像,并测定其空间分辨率且与光电事件结果对比,验证该方法提升图像质量的潜力。
Preliminary Results from Integrating Compton Photon Polarimetry in Hall A of Jefferson Lab
杰斐逊实验室A厅的各种核子和原子核结构实验需要对电子束的偏振进行精确、连续的测量。在我们的康普顿偏振计中,电子被法布里-珀罗腔中的光子散射;通过测量在GSO晶体中检测到的散射光子的积分信号的不对称性,我们可以对光束偏振进行非侵入性的连续测量。我们的目标是在两个小时内达到1%的统计误差。我们讨论的设计和调试升级到这个设备,并报告初步结果进行实验的光束能量从3.5到5.9 GeV和光子速率从5到100 kHz。
Calibration of Gamma-ray Burst Polarimeter POLAR
伽马射线暴(GRB)是宇宙中最强烈的爆炸,可能与黑洞的产生有关。磁场结构和爆发动力学可以影响所发射的伽马射线的极化。精确的偏振探测是揭示伽玛射线暴机制的最终工具。POLAR是一种星载康普顿散射探测器,用于精确测量伽玛射线暴偏振。它由40个$\times$ 40个塑料闪烁体条阵列组成,由25个多阳极PMT(MaPMT)读出。它计划于2016年在中国空间实验室TG2上发射升空。我们提出了一个专门的方法,极化校准和一些校准结果的基础上结合使用的实验室放射源和偏振X射线束从欧洲同步辐射设施。它们包括能量响应的校准、能量转换因子与高电压的计算以及阈值、串扰贡献和偏振调制因子的确定。
Precision Electron-Beam Polarimetry using Compton Scattering at 1 GeV
我们报告的最高精度尚未实现的测量中的低能量,$\mathcal{O}$(1 GeV),电子束的偏振,完成使用一种新的偏振计的基础上的电子-光子散射,在霍尔~C在杰斐逊实验室。有必要进行一些技术革新,包括精确控制谐振腔中激光偏振的新方法和能够捕获大部分散射电子光谱的新型金刚石微带探测器。数据分析技术利用了航迹发现、探测器的高粒度及其大接受度。测量了$180~μ$ A,$1.16$ ~GeV电子束的极化,其统计精度为每小时$<$ ~ 1%,系统不确定度为0.59%.这超过了\qweak实验所要求的精度水平,该实验测量质子的矢量弱电荷。建议未来的低能量实验需要极化不确定度$<$ ~0.4\%,这一结果代表了这种可能性的重要证明。该测量也是首次在实验中使用金刚石探测器进行粒子跟踪。
First flight of the Gamma-Ray Imager/Polarimeter for Solar flares (GRIPS) instrument
太阳耀斑伽马射线成像仪/偏振计(GRIPS)是一个球载望远镜,旨在研究太阳耀斑粒子加速和传输。我们描述了GRIPS在2016年1月的首次南极长时间飞行,并报告了初步校准和科学结果。电子和离子动力学、粒子丰度和太阳耀斑中的周围等离子体条件可以通过用增强成像、光谱学和偏振测量法检查硬X射线和伽马射线发射(20千电子伏至10兆电子伏)来了解。GRIPS是专门设计来回答问题,包括:是什么原因导致高能电子产生HXR和高能离子产生伽马射线线之间的空间分离?相对论性电子的各向异性有多大?为什么它们能在日冕中占主导地位?被加速的物质和周围物质的成分是如何随空间和时间变化的,为什么?GRIPS对Ramaty高能太阳光谱成像仪(RHESSI)的关键技术改进包括3D位置敏感锗探测器(3D-GeDs)和单栅多间距旋转调制器(MPRM)准直器。3D-GeD具有几百keV的光谱FWHM分辨率和1 mm $^3$的空间分辨率$<$。对于康普顿散射的光子,通常为$\gtrsim$ 150 keV,可以跟踪能量沉积位点,提供偏振测量以及增强的背景减少。MPRM单网格设计提供两倍于RHESSI等双网格成像系统的吞吐量。网格由2.5 cm厚的W/Cu板条组成,具有1-13 mm可变狭缝间距,实现了12.5-162 arcsec的准连续FWHM角覆盖。该分辨率能够对各种耀斑尺寸的单独磁环足点发射成像。(来源编辑)
Positron Emission Tomography with quantum-entangled Compton events: first imaging results at clinically relevant activities
本研究构建了基于单层闪烁体偏振计的PET演示器,通过测量湮灭光子的偏振关联,在临床相关活度下实现了成像,并评估了空间分辨率、信噪比等指标,表明利用偏振关联事件可提升高达10%的灵敏度。
Towards polarization-enhanced PET: Study of random background in polarization-correlated Compton events
本研究探索利用湮灭光子偏振关联的康普顿散射来降低PET随机背景,实验表明在特定角度选择下,偏振关联事件的信号背景比优于传统单像素测量,且随偏振调制因子提升。
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