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维基百科:臺灣教育專案/臺大物理系服務學習/113-1/微中子工廠

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微中子工廠是一個計畫中的粒子加速器複合體，旨在詳細測量微中子的性質。微中子是極少與物質相互作用的基本粒子，它們可以穿越一般物質，沿直線行進數千公里。微中子的來源是加速緲子的衰變，此衰變發生在儲存環的直線段中。此項目所涉及的技術問題大致與緲子對撞機相似。

功能

微中子工廠將在地球上的某個地點產生相對集中的微中子束，並將其向下發射至一個賽道形狀的地下緲子儲存環，並以不同方向發射兩束微中子束，直到這些束線在其他地點重新跑出地表。例如，一個位於英國的複合體可能將束線發射到日本（參見超級神岡探測器）和義大利（國家大薩索實驗室，LNGS）。在遠端地點檢測微中子的性質後，可以研究微中子隨時間的演化。這將提供我們關於微中子的質量及其弱相互作用性質的資訊。[1]

該計畫目前處於概念設計階段。一項國際性的「範疇研究」於2007年完成，隨後國際間開始撰寫設計報告。 [2] 這項研究啟發了許多後續的實驗概念。[3][4]

許多新技術正為這類實驗開創先河，這包括使用液態金屬射流作為π介子生成的靶材（在MERIT experiment. CERN. 中進行測試）、在EMMA實驗中使用固定場交替梯度加速器（FFAG），以及國際緲子離子化冷卻實驗中使用液態氫能量減速腔，以在中間階段減少緲子束的發散性。

科學目標

直到1990年代之前，科學界普遍認為微中子是無質量的。然而，太陽微中子的研究（即在太陽核心產生的微中子）以及其他的實驗結果顯示這一假設並不成立，進而顯示微中子具有非常小的質量（參見太陽微中子問題）。

透過產生高強度的緲子束和電子微中子，這些加速器將大幅推進對微中子及其相互作用的研究。具體而言，可提及以下科學目標：[5]

  • 高精度研究微中子振蕩參數（特別是與電子微中子相關的參數）

相關設計工作

國際設計研究

國際設計研究的目標是在2012年前提交一份微中子工廠的設計報告，詳述其物理性能、時間表以及成本估算。該研究將來自各地區的貢獻整合為一份綜合的參考設計報告（Reference Design Report）。[6]

英國微中子工廠

位於英國的微中子工廠。[7][8]

美國緲子加速器計畫

2010年，美國能源部啟動的緲子加速器計劃（Muon Accelerator Program，MAP）[9]整合了對緲子對撞機和微中子工廠的研究支持。（這兩個項目都涉及生成緲子並將其保存在儲存環中，因此研究內容有很大的重疊。）其中，緲子對撞機項目比微中子工廠更加雄心勃勃。在緲子對撞機中，緲子將被注入一個極高能量的對撞環，目標是達到比大型強子對撞機（LHC，於2010年首次實現碰撞）甚至可能比線性對撞機合作計劃（LCC，至2019年設計尚未完成）的實驗更高的能量濃度。

歐洲微中子團隊

CERN在幾年前曾進行過一項設計研究，隨後研究重心轉向了大型強子對撞機（LHC）。目前，歐洲的相關活動仍在持續，包括會議舉辦以及參與國際實驗與合作項目。

日本設計

這種設計基於一種特殊類型的加速器，稱為固定場交替梯度加速器（Fixed Field Alternating Gradient, FFAG）。它結合了1950年代回旋加速器的特性、現代自動化磁鐵設計技術，以及新型磁性合金射頻加速間隙的應用。其主要優勢在於磁場是固定的，不需要與粒子束同步，隨著粒子能量的增加，粒子束會自然移動到磁場更高的區域。這種設計達成了高速的加速，並且避免了快速循環同步加速器[10][11]中常見的技術難題。

參見

參考項目

  1. ^ FrontPage/GeneralInfo. IDS Wiki. 
  2. ^ Choubey, S.; Gandhi, R.; Goswami, S.; Berg, J. S.; Fernow, R.; Gallardo, J. C.; Gupta, R.; Kirk, H.; Simos, N. Interim Design Report for the International Design Study for a Neutrino Factory (报告). Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States). 2011-10-01 （English）.  |issue=被忽略 (帮助)
  3. ^ Baussan, E.; Blennow, M.; Bogomilov, M.; Bouquerel, E.; Caretta, O.; Cederkäll, J.; Christiansen, P.; Coloma, P.; Cupial, P.; Danared, H.; Davenne, T.; Densham, C.; Dracos, M.; Ekelöf, T.; Eshraqi, M. A very intense neutrino super beam experiment for leptonic CP violation discovery based on the European spallation source linac. Nuclear Physics B. 2014, 885: 127–149. ISSN 0550-3213. arXiv:1309.7022 可免费查阅. doi:10.1016/j.nuclphysb.2014.05.016. 
  4. ^ Delahaye, J.-P.; Ankenbrandt, C. M.; Bogacz, S. A.; Huber, P.; Kirk, H. G.; Neuffer, D.; Palmer, M. A.; Ryne, R.; Snopok, P. V. The NuMAX Long Baseline Neutrino Factory concept. Journal of Instrumentation. 2018, 13 (06): T06003. ISSN 1748-0221. arXiv:1803.07431 可免费查阅. doi:10.1088/1748-0221/13/06/T06003 （英语）. 
  5. ^ Bogacz, Alex; Brdar, Vedran; Bross, Alan; de Gouvêa, André; Delahaye, Jean-Pierre; Huber, Patrick; Hostert, Matheus; Kelly, Kevin J.; Long, Ken. The Physics Case for a Neutrino Factory (报告). Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States); Brookhaven National Lab. (BNL), Upton, NY (United States); Thomas Jefferson National Accelerator Facility (TJNAF), Newport News, VA (United States). 2022-03-15 （English）.  |issue=被忽略 (帮助)
  6. ^ International Design Study. 
  7. ^ UK Neutrino Factory Homepage. [2005-05-27]. （原始内容存档于2005-03-25）. 
  8. ^ MUON1 distributed computing project for design work on the UK device. 
  9. ^ Muon Accelerator Program (MAP). fnal.gov. Fermilab. 2018-04-20 [2019-05-14].  已忽略未知参数|df= (帮助)
  10. ^ Homepage. Japan: Fixed Field Alternating Gradient Accelerator. [2005-05-27]. （原始内容存档于2005-04-15）. 
  11. ^ Neutrino Research at KEK. Tsukuba, Ibaraki, Japan: High Energy Accelerator Research Organization, KEK. 

外部連結

Template:Neutrino detectors

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