Extension of the J-PARC Hadron Experimental Facility: Third White Paper
J-PARC强子实验设施的建设旨在通过强粒子束实验探索宇宙中物质的起源和演化。在过去的十年中，在现有的设施中获得了许多关于粒子和核物理的结果。为了将物理学计划扩展到从未实现过的未探索区域，强子实验装置的扩建项目已被广泛讨论。本白皮书介绍了强子实验装置扩建的物理学，以解决奇异核物理、强子物理和味物理领域的问题。
2021-10-09 hep-ex nucl-ex nucl-th
Physics Opportunities at a Beam Dump Facility at PIP-II at Fermilab and Beyond
本文总结PIP-II直线加速器末端束流倾倒设施的物理机遇，涵盖eV至MeV能区的新物理探索，强调及时建设以支持DUNE实验并开拓其他设施无法触及的物理研究。
2023-11-16 hep-ex hep-ph physics.ins-det
The SHiP experiment at the proposed CERN SPS Beam Dump Facility
寻找隐藏粒子（SHiP）合作组织提出了一个在欧洲核子研究中心SPS加速器上以束流收集模式运行的通用实验设备，以寻找轻的弱相互作用粒子。SHiP实验包含两个互补的探测器。上游探测器设计用于光暗物质（LDM）散射的反冲特征和中微子物理学，特别是τ中微子。它包括一个光谱仪磁铁，内置一个分层探测器系统，带有高密度LDM/中微子靶板、乳胶膜技术和电子高精度跟踪。下游探测器系统的目的是测量弱相互作用粒子的可见衰变，以完全重建的最终状态和部分重建的最终状态与中微子，在一个几乎无背景的环境。该探测器由一个50 \m长的真空衰变体、一个宽5 m、高10 m的矩形接收谱仪和粒子识别系统组成。该实验使用400 \gev质子的高强度束，旨在在5- 10年的时间内每年从目前在SPS上未开发的$4\times 10^{19}$质子中获利。这使得探测暗光子，暗标量和伪标量，以及具有GeV级质量的重中性轻子的灵敏度大大超过现有和计划的实验。在从几个\mevcc到100兆电子伏的质量范围内，对轻暗物质的灵敏度远低于暗物质遗迹密度极限，并且有可能以前所未有的统计数据研究τ中微子相互作用。本文描述了SHiP实验基线设置和探测器系统，以及测试光束中原型的性能结果，因为它是为2020年欧洲粒子物理战略更新而准备的。
2022-05-20 hep-ex physics.ins-det
Characterization of Germanium Detectors for the Measurement of the Angular Distribution of Prompt gamma-rays at the ANNRI in the MLF of the J-PARC
在这项研究中，锗探测器组件，安装在精确的中子-核反应测量仪器（ANNRI）的材料和生命科学设施（MLF）由日本质子加速器研究综合体（J-PARC），其特征在于扩展到测量的角度分布的单个伽马射线跃迁从中子诱导的化合物状态。我们利用GEANT 4工具包开发了一个蒙特卡罗模拟程序，它可以再现放射性源和（n，gamma）反应产生的γ射线的脉冲高度谱。该模拟适用于0.5-11.0 MeV能区的γ射线测量。
2017-12-07 physics.ins-det
Proposal: A Search for Sterile Neutrino at J-PARC Materials and Life Science Experimental Facility
我们建议在J-PARC材料和生命科学实验设施（MLF）中明确寻找无菌中微子。利用3GeV的快速循环同步加速器（RCS）和散斑中子靶，可以获得来自μ子静止衰变（DAR）的强中微子束。中微子来自μ +衰变，要寻找的振荡是（反ν μ->反ν e），它是由逆β衰变相互作用（反ν e + p-> e ++ n）检测到的，然后是中子俘获的γ。与LSND和喇叭聚焦束实验相比，该实验的特点是：（1）J-PARC RCS脉冲束的溢出宽度约为600 ns，μ子寿命长，使得我们可以只从μ DAR中选择中微子。(2)由于π-和μ-的核吸收，μ-衰变产生的中微子被抑制到大约$10^{-3}$水平。(3)中微子截面是众所周知的。已知逆β衰变截面的精度为百分之几。(4)中微子的能量可以从正电子的能量加上~1.8 MeV计算出来。(5)反ν μ和反ν e通量具有不同的、明确的光谱。这使我们能够将振荡信号与μ衰变污染的信号分离。我们建议逐步进行振荡搜索，因为要搜索的Δ m^2的范围可以在亚电子伏^2到几十个电子伏^2之间的任何地方。我们开始检查大的Δ m^2区域，这首先可以用短基线来完成。在近距离的MLF目标给出了一个高中微子通量，并允许我们使用相对较小的探测器。如果未发现明确的阳性信号，则未来可选择覆盖小Δ m^2区域。这需要一个相对较长的基线，并需要一个大的探测器来补偿减少的中微子通量。
2013-10-05 hep-ex physics.ins-det
T2HK: J-PARC upgrade plan for future and beyond T2K
J-PARC加速器和中微子实验设施的升级对于东海到超级神冈项目（T2 HK）至关重要，该项目旨在通过$ν_e$的出现来探索CP不对称性。在这次演讲中，我介绍了T2 HK项目的概况，J-PARC的束流运行现状，以及未来几年实现额定750 kW运行的前景。
2013-11-21 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
On-site Background Measurements for the J-PARC E56 Experiment: A Search for Sterile Neutrino at J-PARC MLF
J-PARC E56实验的目的是在J-PARC材料和生命科学实验设施（MLF）中寻找无菌中微子。为了检查实验的可行性，我们测量了不同的探测器候选站点的背景率，这些站点位于多边基金的第三层，使用的探测器由塑料反射器组成，基准质量为500公斤。测量的结果在本文中描述。测量了束流产生的γ和中子以及来自宇宙射线的本底。
2015-04-22 hep-ex physics.ins-det
Post-irradiation examination of a prototype tantalum-clad target for the Beam Dump Facility at CERN
本文对CERN束流收集设施缩比钽包覆钨/TZM靶进行辐照后检验，确认靶设计与制造工艺在热机械条件下稳健可靠，同时指出烧结钨脆性为未来改进方向。
2024-10-02 hep-ex nucl-ex physics.acc-ph
A tagged low-momentum kaon test-beam exposure with a 250L LAr TPC (J-PARC T32)
2010年初，我们在J-PARC PAC上提出了一个R $&$ D计划，该计划针对大型（100千吨级）液氩TPC，适合于与J-PARC中微子束一起研究中微子扇区中CP破坏的可能性并寻找核子衰变。作为第一步，我们提出了一个测试实验，以确定和测量带电的K介子，包括他们的衰变，在液氩。探测器，一个250升LAr TPC，暴露于带电的K介子，在540-800 MeV/c的动量范围内，在J-PARC慢提取设施的K1.1BR光束线。这对于估计在带电K介子模式（$p \rightarrow \barν K^+$等）中核子衰变搜索的效率和背景是特别重要的，其中K介子动量预计在几百MeV/c范围内。2010年秋季，K1.1BR光束线中的原型装置已经曝光。本文介绍了光束线的能力，探测器原型的建设和设置，以及一些初步的结果。
2011-05-29 physics.ins-det
Status Report for the 21th J-PARC PAC : Searching for a Sterile Neutrino at J-PARC MLF (J-PARC E56, JSNS2)
JSNS 2（J-PARC E56）实验的目的是在J-PARC材料和生命科学实验设施（MLF）上寻找无菌中微子。在向J-PARC PAC提交提案后，JSNS 2实验获得了第一阶段的批准。该批准是在2014年进行的一系列背景测量之后进行的。在第一阶段批准之后，JSNS 2协作组继续努力编写技术设计报告（TDR）。该TDR将包括在第20届J-PARC PAC的先前状态报告中讨论的两个主要项目：（1）现实的探测器位置（2）通过模拟研究充分理解和现实的探测器性能，主要考虑快中子抑制。自8月以来，我们一直在与多边基金工作人员讨论探测器的适当位置。我们还在建立一个蒙特卡罗（MC）模拟框架，以研究探测器在现实条件下的性能。此外，我们还进行了液体闪烁体（LS）的硬件研发工作，并提高了10”光电倍增管（PMT）的动态范围。LS的研发工作包括LS内部的切伦科夫研究，以及东北大学使用测试光束进行的脉冲形状识别（PSD）研究。我们还估计PSD性能的全尺寸检测器使用详细的MC模拟。在这份现状报告中，我们描述了这项工作的进展情况。
2016-01-06 hep-ex physics.ins-det
The experimental facility for the Search for Hidden Particles at the CERN SPS
寻找隐藏粒子（SHiP）合作表明，欧洲核子研究中心的SPS加速器及其400 $\mathrm{\small GeV/c}$质子束为探索隐藏区提供了一个独特的机会。该实验是一个强度前沿实验，它能够通过可见的衰变和通过电子或原子核反冲的散射特征来寻找隐藏的粒子。由SHiP合作开发的高强度实验设备基于许多关键特征和发展，这些特征和发展提供了探测大部分参数空间的可能性，这些参数空间具有质量高达O（10）$\mathrm{\small GeV/c^2}$的轻长寿命超弱相互作用粒子，在极其干净的背景条件下。本文介绍了实验设施的建议，连同最重要的可行性研究。本文重点介绍了具有挑战性的新想法背后的束流提取和束流传输，质子束流转储，抑制束流诱导的背景。
2019-02-08 hep-ex physics.ins-det
Development of microwave cavities for measurement of muonium hyperfine structure at J-PARC
MuSEUM合作计划在日本质子加速器研究综合体（J-PARC），材料和生命科学实验设施中测量μ 鎓的基态超精细结构（HFS）。不久将在H线上提供的高强度光束可以进行一个数量级的更精确测量。我们计划分两个阶段进行测量。首先，我们将在近零磁场中测量Mu-HFS，然后我们将在强磁场中测量它。为此，我们研制了两种微波谐振腔。此外，我们评估了系统的不确定性，从这样的波动的微波场，并确认微波系统的要求，我们使用的微波场分布计算的有限元法。
2022-01-03 hep-ex physics.atom-ph physics.ins-det
Plans for super-beams in Japan
在日本，由于第一个实验使用了J-PARC（日本质子加速器研究综合体）中微子设施，T2 K（东海到神冈长基线中微子实验）开始运行。T2 K被认为提供了指导中微子物理未来发展方向的关键信息。讨论了基于T2 K结果的可能的新一代发现实验。重点介绍了J-PARC中微子束流升级计划，并讨论了为最大限度地发挥中微子束流研究潜力而选择的远探测器。欧洲参与和欧洲核子研究中心的承诺，日本加速器为基础的中微子实验也报告。
2010-01-04 hep-ex physics.ins-det
Status Report (22th J-PARC PAC): Searching for a Sterile Neutrino at J-PARC MLF (E56, JSNS2)
JSNS $^2$（J-PARC E56）实验的目的是在J-PARC材料和生命科学实验设施（MLF）寻找无菌中微子。在向J-PARC PAC提交提案后，JSNS $^2$实验于2015年4月获得了第一阶段的批准。该批准是在2014年进行了一系列背景测量之后获得的。最近，日本批准了用于建造一个25吨基准体积探测器模块的资金（科学研究补助金（S））。因此，我们的目标是在JFY 2018 -2019年开始使用一个探测器进行实验。我们目前正在进行精确的成本估算和施工时间表，并注意到大多数探测器组件可以在订购之日起一年内生产。这将在下一次PAC会议上报告。在探测器建造计划的同时，JSNS $^2$将提交一份技术设计报告（TDR），以获得J-PARC PAC的第2阶段批准。本报告显示了R $\&$ D为实现该TDR所做努力的最新进展。特别地，示出了液体闪烁体、宇宙射线否决系统和软件的R $\&$ D状态。为了确定质子聚束期间到达探测器位置的非中微子背景粒子的身份，我们在MLF大楼的三楼用1.6L的液体闪烁体进行了测试实验。这就是所谓的“多边基金2015 AU 0001”实验。我们简要地展示了这个测试实验的初步结果。
2016-10-26 hep-ex physics.ins-det
High-resolution tracking in a GEM-Emulsion detector
SHiP（Search for Hidden Particles）是欧洲核子研究中心（CERN）提出的一项束流收集实验，旨在观察与普通物质非常弱耦合的长寿命粒子，这些粒子主要产生于粲强子的衰变。SHiP的束流收集设施也是所有三种中微子的丰富工厂，因此在SHiP设备中预见了专用的中微子探测器。中微子探测器利用乳胶云室技术，采用模块化结构，交替使用目标单元的墙壁和电子探测器的平面，为事件提供时间戳。GEM探测器是这项任务的可能选择之一。本文报道了一种新型混合室在CERN的首次μ子束曝光的结果，这种混合室是由GEM室和乳胶探测器耦合而成的。由于乳胶检测器的测微精度，在有和没有磁场的两种配置中评估了GEM室的位置分辨率作为颗粒倾斜度的函数
2017-08-10 physics.ins-det
SHiP: a new facility with a dedicated detector for studying $ν_τ$ properties and nucleon structure functions
SHIP是一种新的通用固定目标设施，由CERN SPS加速器提出。在五年内，400 GeV/c动量的$2\times 10^{20}$质子将被倾倒在钼靶上。在靶的下游放置一个探测器，就可以对质量低于O（10）GeV/c $^2$的长寿命粒子进行探测，这在标准模型的几个扩展中已经有预见。另一个专用探测器将允许研究活动中微子截面和角分布。中微子探测器由一个乳胶靶组成，基于OPERA实验中卓有成效地采用的乳胶云室技术。乳胶云室将被放置在一个磁场中，与所谓的紧凑型乳胶光谱仪，几厘米厚的腔室的电荷和强子的动量测量。这将提供强子τ衰变通道中的轻子数测量。探测器将是混合型的，使用核乳胶和电子探测器来记录事件的时间戳和测量μ子动量。μ子系统也将基于OPERA实验中使用的设计。
2016-09-15 hep-ex physics.ins-det
Muon Beam at the Fermilab Test Beam Area
本文测量了费米实验室在“π介子”束流模式下运行时束流收集器后μ介子束流的强度和分布。这种动量在10 - 50 GeV/c范围内的μ子束提供了与测试束区的其他用户并行执行各种测量的机会。
2016-08-11 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
SHiP: a new facility to search for long lived neutral particles and investigate the $ν_τ$ properties
SHIP是一个新的通用固定目标设施，其技术提案最近已由CERN SPS委员会和CERN研究委员会审查。这两个委员会建议试验进一步进入全面设计阶段。从SPS中提取的400 GeV质子束将被倾倒在重靶上，目的是在5年内整合$2\times 10^{20}$质子-靶碰撞（\textit{pot}）。一个专门的探测器，基于一个长的真空罐，然后是一个光谱仪和粒子识别探测器，将允许探测各种新物理模型与轻长寿命的外来粒子和质量低于$\mathcal{O}(10)$~GeV/$c^2$，包括暗光子，轻标量和伪标量，和重中微子。对重中微子的敏感性将允许第一次探测，在$K$和$D$介子质量之间的质量范围内，重子生成和中微子振荡也可以解释的耦合范围。另一个专用探测器将允许研究中微子截面和角分布。测量$ν_τ$深层非弹性散射横截面时，统计数据将比目前可用的大1000倍，并提取迄今为止从未测量过的$F_4$和$F_5$结构函数，并允许以显着提高的准确性进行魅力物理研究。
2018-07-31 hep-ex hep-ph physics.ins-det
The Silicon Tracking System of the E16 experiment at J-PARC: construction, installation and commissioning in beam test experiments
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH（GSI亥姆霍兹重离子研究中心）；Goethe University, Frankfurt am Main（法兰克福歌德大学）；Institute of Particle and Nuclear Studies (IPNS), High Energy Accelerator Research Organization (KEK)（高能加速器研究机构粒子与核物理研究所）；Department of Physics, Kyoto University（京都大学物理系）；RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science（理化学研究所仁科加速器科学中心）；Research Center for Nuclear Physics (RCNP), Osaka University（大阪大学核物理研究中心）；Advanced Science Research Center, Japan Atomic Energy Agency（日本原子能研究开发机构先进科学研究部）；AGH University of Krakow（克拉科夫AGH科技大学）
本文介绍了J-PARC E16实验中硅径迹系统的建造、安装与调试，该系统基于CBM实验的STS技术，用于研究手征对称性恢复的迹象，并在束流测试中验证了其性能。
2026-07-08 nucl-ex physics.ins-det
RPC Telescope Tests for Muon Detection at Laser-Plasma Accelerators
UCLouvain（天主教鲁汶大学）；Vrije Universiteit Brussel（布鲁塞尔自由大学）；ELI Beamlines（极端光基础设施光束线设施）；University of Maryland（马里兰大学）
研究在ELBA设施中测试RPC探测器用于高能电子束产生μ子的可行性，验证了探测器在强辐射环境下的稳定性和跟踪性能。
2026-10-30 physics.ins-det
Muon tagging with Flash ADC waveform baselines
针对JSNS1惰性中微子搜寻实验的地面探测器本底排除需求，提出利用PMT的FADC波形基线标记μ子的新方法，无需反符合区即可排除超99.8%的Michel电子本底，可推广至同类探测器实验。
2025-09-03 hep-ex physics.ins-det
Performance of a first multi-cell WOM-based liquid scintillator detector as prototype for the SHiP Surrounding Background Tagger
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；Chiba University（千叶大学）
介绍SHIP实验中用于包围衰变体积的SBT探测器，其基于液体闪烁体和WOM管。报告了2×2单元原型探测器在CERN PS T9测试束设施中对5GeVμ子的性能研究，包括探测器响应及对最小电离粒子的时空分辨率。
2026-07-27 hep-ex physics.ins-det
Test of $^{116}$CdWO$_4$ and Li$_2$MoO$_4$ scintillating bolometers in the CROSS underground facility with upgraded detector suspension
Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP (Institute of Engineering Univ. Grenoble Alpes), SIMAP（格勒诺布尔阿尔卑斯大学、法国国家科学研究中心、格勒诺布尔理工学院（格勒诺布尔大学工程学院）、SIMAP）；National Research Center Kurchatov Institute, Kurchatov Complex of Theoretical and Experimental Physics（库尔恰托夫研究所国家研究中心、理论与实验物理库尔恰托夫综合体）；Institute for Nuclear Research of NASU（乌克兰国家科学院核物理研究所）；INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究院格兰萨索国家实验室）；Gran Sasso Science Institute（格兰萨索科学研究所）
测试了基于116CdWO4和Li2MoO4的闪烁电离计，改进了噪声条件并实现了高分辨能力，为双β衰变实验奠定基础。
2023-07-27 nucl-ex physics.ins-det
Laser-assisted high-energy proton pulse extraction for feasibility study of co-located muon source at the SNS
我们已经通过实验证明了第一个非侵入性的1-GeV质子束提取产生μ子的时间结构优化的μ子自旋弛豫/旋转/共振（MuSR）的应用。在空间中子源（SNS）加速器的高能束流输运中，利用激光中和1GeV氢离子（H-）束流的方法提取质子脉冲。提取的质子束的最大通量仅占用于中子生产的总质子束的0.2%，与其他共定位μ子和中子设施的20%的减少有显著差异，因此所提出的方法将导致对SNS操作的影响可以忽略不计。本文介绍了脉冲结构和输出功率灵活性高的光纤/固体混合激光器系统的研制、H-束的激光中和和H 0束与现有SNS加速器束线分离的初步实验、H 0在SNS直线加速器倒堆处转化为质子的初步实验以及30 ns/50 kHz质子脉冲的测量结果。该系统最终证明了基于激光的质子束提取为SNS世界领先的MuSR设施提供动力的可行性。
2020-04-07 physics.acc-ph physics.ins-det
First measurement of the low-momentum negative-muon beam for the muon-to-electron conversion experiment at J-PARC
该研究首次测量了J-PARC COMET实验中低动量负μ子束的输运，证实其通过输运螺线管到达实验区，并重建了动量谱和横向剖面，为未来束流研究奠定基准。
2026-10-05 hep-ex physics.ins-det
Measurement of the muon beam direction and muon flux for the T2K neutrino experiment
东海到神冈（T2K）中微子实验通过使用J-PARC加速器设施产生的几乎纯的μ子中微子束来测量中微子振荡。安装了T2K μ子监测器，用于测量与μ子中微子束一起产生的μ子束的方向和稳定性。利用实验数据和MC模拟计算，得到μ子束流方向测量的系统误差为0.28 mrad。在束操作过程中，质子束已被控制使用测量从μ子监视器和中微子束的方向已被调整到0.3毫拉德内相对于设计的束轴。为了了解μ子束的性质，用乳胶探测器测量了μ子监测器上的μ子绝对产额。μ子径迹的数量被测量为$(4.06\pm0.05)\times10^4$ cm $^{-2}$，其用靶上的$4\times10^{11}$质子标准化，具有250 kA喇叭操作。计算结果与用强子产生数据修正后的预测一致。
2014-11-30 hep-ex physics.acc-ph physics.ins-det
A Decisive Disappearance Search at High-$Δm^2$ with Monoenergetic Muon Neutrinos
“KPipe”是一个拟议中的实验，它将研究μ子中微子的消失，以进行$Δm^2\sim1 \mathrm{eV}^2$异常的灵敏测试，可能表明一个或多个无菌中微子。该实验将位于J-PARC材料和生命科学设施的spiral中子源，这是世界上最强烈的带电K介子静止衰变单能（236 MeV）μ介子中微子源。探测器容器的设计是为了测量这些中微子的带电电流相互作用，直径为3米，长120米，径向延伸距离源32米至152米。这种设计允许一个灵敏的搜索$ν_μ$的消失与目前青睐的光无菌中微子模型和功能，以重建中微子振荡波在一个单一的，扩展的检测器。所需的探测器设计、技术和成本都是适中的。KPipe测量将是稳健的，因为它们依赖于具有低预期背景的已知能量中微子源。此外，由于测量仅依赖于作为距离的函数的被探测事件的测量速率，而不需要初始通量和中微子相互作用截面的知识，因此结果将在很大程度上没有系统误差。基于$L/E$分布的形状分析，实验对振荡的敏感性将在相关的高$Δm^2$参数空间中超出目前的实验极限一个数量级。
2015-06-18 hep-ex hep-ph physics.ins-det
