Performance of New High-Precision Muon Tracking Detectors for the ATLAS Experiment
正在进行和计划进行的ATLAS μ子探测器升级的目标是提高对精确μ子动量测量和触发的接受程度,并提高μ子室在高背景区域的速率能力,以适应LHC亮度的增加。小直径μ子漂移管(sMDT)室已开发用于这些目的。由于漂移管直径为当前ATLAS μ子漂移管(MDT)腔室的一半,漂移管直径为30 mm,其他操作参数不变,sMDT腔室具有MDT的所有优点,但具有大约一个数量级的更高速率能力,并且可以安装在MDT腔室不适合的检测器区域中。ATLAS探测器脚部区域的12个腔室的建造已经完成,以便在2016/17冬季关闭大型强子对撞机时安装。ATLAS μ子谱仪升级的目的是提高三点μ子轨道测量的可接受性,从而大大提高有关区域的μ子动量分辨率。
2017-01-31 hep-ex physics.ins-det
Development of a Highly Selective First-Level Muon Trigger for ATLAS at HL-LHC Exploiting Precision Muon Drift-Tube Data
高亮度大型强子对撞机(HL-LHC)将提供一个独特的机会来探索物理学的本质,超越强和电弱相互作用的标准模型。高度选择性的第一级触发器对于HL-LHC的ATLAS实验的物理方案至关重要,其中瞬时光度将超过LHC Run 1的瞬时光度约一个数量级。ATLAS第一级μ子触发率主要由低动量μ子控制,这是因为RPC和TGC触发室的中等动量分辨率而被接受的。利用精密μ子漂移管(MDT)室的数据进行一级触发决策,可以克服这一局限性。这需要将MDT命中连续快速传输到检测器外触发逻辑和快速跟踪重建算法。μ子触发率的减少,可实现与建议的新的触发概念,一种新的快速跟踪重建算法的性能,和第一个硬件演示的方案与μ子测试束数据在欧洲核子研究中心伽马辐照设施进行了讨论。
2017-01-31 hep-ex physics.ins-det
Precision Muon Physics
μ介子在亚原子物理学中起着独特的作用。对μ介子衰变的研究既确定了总体强度,又建立了弱相互作用的手征结构,同时也为带电轻子味破坏过程设定了非凡的极限。测量μ介子的反常磁矩,对标准模型的完备性和许多推测性理论的预言提供了奇异的灵敏度。μ素和μ子原子的光谱学给出了包括磁矩比$μ_μ/ μ_p$、轻子质量比$m_μ / m_e$和质子电荷半径$r_p$在内的基本量的无与伦比的测定。此外,μ子捕获实验正在探索涉及核子和原子核的弱相互作用的难以捉摸的特征。我们将回顾当代高精度和高灵敏度的μ子实验的实验景观。一个重点是在最近,现在和计划中的实验中实现这种精度和灵敏度的新颖方法和巧妙技术。另一个焦点是这些实验探索的原子、核和粒子物理学中不同寻常的广泛和热门问题。
2015-06-04 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Slow Muons and Muonium
瑞士的Paul Scherrer研究所运营着高强度质子加速器设施HIPA。目前高达2.4 mA的590 MeV动能质子束被发送到靶站,产生用于基础物理和应用物理的π介子、μ介子和中子。1.4兆瓦的光束功率提供了世界上最高强度的低动量μ子,可以在低质量目标中停止。高达约$10^8$ /s的表面μ子速率正被提供给各种独特的精密粒子物理实验。目前正在进行两项可行性研究,以大大改进现有的μ子束。高强度μ子束线HiMB可以递送大约$10^{10}$ /s表面μ子,并且停止的μ子冷却器muCool旨在相位空间质量中的$10^{10}$的增益因子,同时对于低能量$μ^+$仅牺牲小于3个数量级的强度。这些光束将使新一代的精密物理实验与停止μ子和μ原子。
2016-07-24 hep-ex hep-ph nucl-ex
Construction and Test of New Precision Drift-Tube Chambers for Upgrades of the ATLAS Muon Spectrometer in 2016/17
小直径μ子漂移管(sMDT)室已开发的ATLAS μ子探测器升级。与现有的腔室相比,它们具有更高的速率能力和更紧凑的设计,这使得目前可以在无仪器的情况下装备探测器区域。腔室组装方法已针对大规模生产进行了优化,同时感测线定位精度提高到10微米以下。这些腔室将准备在大型强子对撞机2016/17冬季关闭时安装。将讨论ATLAS新sMDT腔室的设计和建造以及其精度和性能的测量。
2015-12-07 hep-ex physics.ins-det
Calibration and Performance of the ATLAS Muon Spectrometer
ATLAS μ子谱仪设计用于测量μ子动量,分辨率为4%@100 GeV/c,上升到10%@1 TeV/c轨道动量。该谱仪由嵌入在由三个大型空心超导环产生的2 T磁场中的精确跟踪和触发室组成。精密探测器提供50微米的跟踪分辨率,伪快速度为2.7。该系统还包括一个光学监测系统,测量检测器的位置与40微米的精度。本文报道了ATLAS μ子谱仪的标定和性能。
2011-09-30 hep-ex physics.ins-det
Construction and Test of New Precision Drift-Tube Chambers for the ATLAS Muon Spectrometer
ATLAS μ子探测器升级的目的是提高μ子触发和精确跟踪的接受度,并随着LHC亮度的增加提高探测器高背景区域中μ子室的速率能力。小直径μ子漂移管(sMDT)室已开发用于这些目的。由于漂移管直径为MDT腔室的一半且操作参数不变,sMDT腔室具有MDT的优点,但具有更高的速率能力,并且可以安装在MDT腔室不适合的检测器区域中。腔室组装方法已针对大规模生产进行了优化,从而最大限度地减少了施工时间和人员。传感线定位精度为5?已经在包括几百个漂移管的大尺寸腔室的系列生产中实现了微米。2016/17年冬季LHC关闭时安装的新sMDT腔室的建造以及与新RPC触发腔室结合以更换筒式μ子谱仪内层的sMDT腔室的设计正在进行中。
2016-03-29 hep-ex physics.ins-det
Streamlined Calibrations of the ATLAS Precision Muon Chambers for Initial LHC Running
ATLAS μ子谱仪的设计是为了测量μ子的动量,在100 GeV和1 TeV的动量下,分辨率分别为dp/p = 3%和10%。为了完成这项任务,光谱仪使用了355,000个排列在1200个腔室中的连续漂移管(MDT)。校准(RT)功能将漂移时间测量值转换为以管为中心的碰撞参量,用于轨道段重建。RT功能取决于MDT环境参数,因此必须针对当地灭菌室条件进行适当校准。我们报告的创建和应用的气体监测系统为基础的校准程序的μ子轨道重建在LHC启动阶段。
2011-03-07 hep-ex physics.ins-det
Precision planar drift chambers and cradle for the TWIST muon decay spectrometer
为了高精度地测量μ子衰变参数,我们需要一个精确的漂移探测器层阵列,其相对位置是已知的,具有非常高的精度。本文介绍了TRIUMF(弱相互作用对称性测试)谱仪中这两种探测器的设计、结构和性能。
2004-09-30 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
New precise spectroscopy of the hyperfine structure in muonium with a high-intensity pulsed muon beam
由一个正μ子和一个电子组成的类氢原子被称为μ素。它是一个近乎理想的两体系统,可用于精确测试束缚态理论和基本对称性。MuSEUM合作在J-PARC使用高强度脉冲μ子束和高速率正电子计数器对μ 鎓基态超精细结构进行了新的精确测量。在近零磁场下成功地观察到了超精细跃迁的共振现象,得到了$ν_{\text{HFS}}$ = 4.463302(4)GHz的μ 鎓超精细结构间隔,相对精度为0.9 ppm.该结果与洛斯阿拉莫斯国家实验室之前获得的结果以及当前的理论计算一致。我们提出了一个示范的微波光谱的μ为未来的实验,以达到最高的精度。
2021-03-02 hep-ex physics.atom-ph physics.ins-det
Alignment of the ATLAS barrel muon spectrometer
ATLAS实验的μ子光谱仪是有史以来最大的探测器之一。在大型强子对撞机上,新的物理符号可能会通过高动量μ子(1 TeV)出现。这种μ子的识别和精确的动量测量是ATLAS μ子谱仪的两个主要挑战。为了获得高能量μ子的良好分辨率(即,在1TeV下为10%),精密腔室的对准精度必须为50微米的量级。已经开发了几种程序来达到这样的精度。本文描述了用于对准μ介子子探测器的补充技术及其结果:光学系统、μ介子宇宙射线和碰撞产生的直线轨道。
2008-10-10 hep-ex physics.ins-det
Construction of Precision sMDT Detector for ATLAS Muon Spectrometer Upgrade
本文介绍了密歇根大学的小直径监测漂移管探测器的建设,作为欧洲核子研究中心的高亮度大型强子对撞机的ATLAS μ子谱仪升级的贡献。在密歇根州建造的前30个室的测量表明,漂移管线的位置精度满足20微米的规格。用于对准的平台和磁场传感器的位置都在所需的精度范围内很好地安装。宇宙线测试测量表明,单线跟踪分辨率为100 ± 7微米,平均探测效率高于99%。详细描述了腔室生产的基础设施、工具、技术和程序。报告了前30个建造的室的室质量控制测试的结果。
2022-11-01 hep-ex physics.ins-det
Construction and Test of the Precision Drift Chambers for the ATLAS Muon Spectrometer
大型强子对撞机(LHC)ATLAS探测器的μ子谱仪的平行漂移管(MDT)室由3-4层加压漂移管组成,位于承载光学变形监测系统的空间框架的两侧。该室必须提供一个轨道位置分辨率为40微米,单管分辨率至少为80微米,传感线定位精度为20?微米(rms)。最大的MDT室之一,432漂移管的3.8米长的全尺寸原型的可行性进行了论证。对于ATLAS μ子谱仪,必须建造88个这种类型的腔室。第一个腔室已经完成,导线定位精度为14微米(rms)。
2016-04-08 hep-ex physics.ins-det
Status of the Fermilab Muon $g-2$ Experiment
μ子反常磁矩($a_μ= (g-2)/2$)是一种低能观测值,可以很高的精度测量和计算,是对标准模型(SM)的一个很好的检验,也是探索新物理的一个灵敏探针。最近的努力提高了理论预测和实验测量的精度。理论方面,由130多名物理学家组成的国际团队“μ子$g-2$理论倡议”在2020年就$a_μ$的SM预言达成共识。在实验方面,费米实验室的E989 μ子$g-2$合作组织(FNAL)于2021年4月发布了来自Run-1数据集(2018)的$a_μ$的新测量结果,精度为0. 46 ppm,证实了布鲁克海文国家实验室(BNL)之前的测量结果,并将与SM值的差异增加到4. 2个标准差。在本文中,我将讨论的实验设置和报告的实验现状。
2022-02-23 hep-ex physics.ins-det
Performance of the ATLAS Precision Muon Chambers under LHC Operating Conditions
对于大型强子对撞机(LHC)ATLAS探测器的μ子谱仪,由6至8层加压漂移管组成的大型漂移室用于在超导空气芯磁体的环向场中覆盖5000 m2的有效面积的精确跟踪。该室必须提供一个空间分辨率为41微米的Ar:CO2(93:7)气体混合物在绝对压强为3巴和气体增益为2?104.这些室的工作环境的特点是高中子和本底,计数率高达每平方厘米每秒100个。在100 GeV μ子束中,以LHC运行期间预期的光子辐照率,研究了ATLAS系列生产的腔室的分辨率和效率。硅条探测器望远镜被用作光束中的外部参考。一个腔室的空间分辨率降低了4?m在最高的背景率。漂移管的探测效率在辐照下保持不变。在最高速率下的跟踪效率为98%。
2016-04-01 hep-ex physics.ins-det
A High-Precision, Fast, Robust, and Cost-Effective Muon Detector Concept for the FCC-ee
针对FCC-ee实验,提出结合精密漂移管与快速塑料闪烁体条的缪子探测器概念,实现高分辨率空间(100 μm二维、1 mm三维)和定时(200 ps或更优)测量,兼具高精度、快速、稳健及成本效益。
2025-04-14 hep-ex physics.ins-det
Construction and test of high precision drift-tube (sMDT) chambers for the ATLAS muon spectrometer
为2014年3月ATLAS μ子谱仪的升级改造,研制了新型μ子跟踪室(sMDT),其漂移管直径为15 mm,是标准ATLAS μ子跟踪室的一半,灵敏线定位精度为10~ $μ$ m。新腔室的设计完全兼容目前的ATLAS服务,但相对于以前安装的ATLAS MDT腔室,它们组装在一个更紧凑的几何形状,并部署了两个额外的管层,提供冗余的机架信息。该室由8层共624个铝漂移管组成。一周之内完成一个分庭的组装。半自动化生产线用于在腔室组装之前组装漂移管。将讨论单个组件和完整腔室的生产程序和质量控制测试。用三坐标测量机测量了金属丝在已完成的腔室中的位置。
2014-07-01 hep-ex physics.ins-det
Muon g-2 Experiment at Fermilab
费米实验室的一项新实验将测量μ子的反常磁矩,精度为十亿分之140(ppb)。这项测量的动机是布鲁克海文E821实验的结果,该实验在十多年前首次发布,达到了540 ppb的精度。由于相应的标准模型预测已经被改进,实验值和理论值持续相差约3个标准偏差。如果布鲁克海文的结果在费米实验室得到了证实,那么它将成为物理学超越标准模型的决定性证据。该实验观测了飞行中的μ子自旋进动频率,在一个校准良好的磁场中;精度的提高将需要记录的μ子衰变事件是E821的20倍,并将系统的不确定性降低3倍。本文介绍了目前的实验状态,以及计划升级的磁铁,探测器和存储环系统,正在准备在2017年开始的束流数据收集。
2015-10-01 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Large-Scale Production of Monitored Drift Tube Chambers for the ATLAS Muon Spectrometer
目前正在为ATLAS μ子谱仪建造传感线定位精度优于20微米的精密漂移管室。谱仪中心部分最外层的88个大腔室已组装完成70%。在腔室构造期间对感测线的位置和用于光学对准监测系统的传感器的位置的测量表明,满足了腔室的机械精度的要求。
2016-04-01 hep-ex physics.ins-det
The History of the Muon (g-2) Experiments
我讨论了μ子$(g-2)$测量的历史,从哥伦比亚-尼维斯测量开始,观察到宇称破坏μ子衰变,也测量了μ子$g$ -因子的第一次,发现$g_μ=2$。理论(标准模型)值包含了量子电动力学的贡献,通过强子真空极化和强子光-光回路的强相互作用,以及来自$W$,$Z$和希格斯玻色子的电弱贡献。随后的实验,首先在尼维斯,然后在欧洲核子研究中心越来越精确地测量了μ子异常$a_μ= (g_μ-2)/2$,精确到百万分之7.3(ppm)布鲁克海文国家实验室E821将精度提高到百万分之0.54,并首次观察到电弱贡献。有趣的是,在Brookhaven测量的$a_μ$值似乎比标准模型值大三个标准差以上。一个新的实验,费米实验室E989,旨在将精度提高四倍,以澄清这一结果是否是新物理进入循环的预兆,或者来自一些实验,统计或系统问题。
2018-11-16 hep-ex physics.hist-ph physics.ins-det
New Experiments to Measure the Muon Anomalous Gyromagnetic Moment
磁矩是粒子的基本性质。测量这些磁矩并与粒子物理学标准模型预测的值进行比较,是测试我们对世界基本组成部分的理解的一种方式。在某些情况下,例如对于电子,这种比较以令人难以置信的精度证实了标准模型。相比之下,μ介子的磁矩的测量值和预测值长期存在分歧。目前,在当前最佳测量值(精度为0.54 ppm)和最先进的标准模型预测值之间存在令人垂涎的三个标准差。这是物理学在标准模型之外的极少数实验提示之一。目前有两个主要的实验工作正在进行中,以提高精度的μ子磁矩测量。第一个是E-821实验的演变,最初位于美国布鲁克海文国家实验室。这是实验,E-989,位于费米实验室,将使用衰变正电子测量14米直径储存环中正μ子的自旋进动率。实验的目标是将当前实验的不确定性降低三倍。该实验目前正在建设中,目标是在2017年开始收集数据。另一个非常互补的实验正在日本的J-PARC计划进行。这个实验,E-34,将在一个小得多的储存环中利用低能量,超冷μ子。该实验的目标是达到与费米实验室实验相似的精度,并以相似的时间尺度开始数据采集。
2015-12-22 hep-ex physics.ins-det
Simulation analysis with rock muons from atmospheric neutrino interactions in the ICAL detector at INO
本文模拟分析了 INO 的 ICAL 探测器中由大气中微子与岩石相互作用产生的岩石 μ 子,发现其能独立测量振荡参数,与标准大气中微子分析结合可提高探测器的测量精度。
2023-11-21 hep-ph physics.ins-det
Diagnostic Systems in the Muon $g-2$ experiment at Fermilab
本文介绍费米实验室缪子 g-2 实验中用于控制系统误差、监测注入束流品质及探测器磁场与增益的诊断设备与技术,以支撑其 0.14 ppm 的最终精度目标。
2025-03-12 hep-ex physics.ins-det
The Status and Prospects of the Muon $g-2$ Experiment at Fermilab
费米实验室的E989 μ子$g-2$实验旨在测量μ子磁异常$a_μ$,达到前所未有的140 ppb精度,比布鲁克海文国家实验室目前最好的测量提高了四倍。布鲁克海文测量的$a_μ$与使用标准模型预测的理论值之间存在大于3个标准差的差异。费米实验室的实验试图解决或证实这种差异,这暗示了新的物理相互作用。为了达到E989目标精度,磁储存环中μ子的异常进动频率必须以低于70 ppb的系统不确定度确定,并且这些储存μ子所经历的平均磁场必须同样清楚。μ子的反常进动频率是由24个电磁量能器观测到的衰变正电子随时间变化的能量分布所决定的。一套脉冲核磁共振探针持续监测磁场。本文介绍了费米实验室实验的现状,同时强调了对2018年运行1数据集的持续分析以及使其复杂化的系统效应。
2019-05-13 hep-ex physics.ins-det
Development and Characterisation of a Gas System and its Associated Slow-Control System for an ATLAS Small-Strip Thin Gap Chamber Testing Facility
在麦吉尔大学建立了一个质量保证和性能鉴定实验室,用于为2019-2020年ATLAS实验μ子光谱仪升级生产的美国制造的小条薄隙室(sTGC)μ子探测器。该设施使用宇宙射线作为μ子源,电离流过sTGC探测器的戊烷和二氧化碳的淬灭气体混合物。为此目的,开发了一种气体系统,其特征在于,该系统具有利用Peltier热电冷却器(TEC)的简单高效的气体冷凝器设计。测试气体系统以提供所需的45体积%戊烷浓度。对于连续操作,实施了具有警报和远程监测功能的状态机系统,以在安全和连续模式下运行所有与宇宙射线数据采集相关的慢控系统,例如高/低电压、气体系统和环境监测,即使在没有操作员的情况下。
2017-04-23 hep-ex physics.ins-det