文摘

当我们进入精密测量中微子物理的时代,需要改进的流量来源。这些内容必须有一个定义良好的风味与能量在背景低的范围和截面知识很高。很少的中微子的来源可以满足这些需求。然而,介子/μ介子和同位素decay-at-rest资格来源。理想的司机decay-at-rest来源是回旋加速器,紧凑,相对便宜。本文描述了一个方案来生产decay-at-rest来源由这样的回旋加速器,在DAE发达运算器的程序。例子的价值追求超越标准模型的高精度光束相互作用进行了综述。新结果DAE相结合ALUS-Hyper-K搜索CP破坏的混合矩阵参数,实现错误4°至12°。

1。介绍

当我们到达布鲁诺Pontecorvo诞辰100周年,中微子物理学面临转型。中微子振荡已经很成熟,虽然以不同的形式从Pontecorvo预期[1,2]。我们有一个数据驱动的“中微子标准模型,”(SM),尽管其基本理论问题描述,相当的预测。现在,中微子社会必须主从“搜索”到“精密测量,”我们可以测试SM。这些测量的过渡需要新的和更好的工具,进一步要求原始实验方法。

的SM是图中描述1。三个已知的中微子味道混合在三质量状态。之间的分离状态,或被定义为“大规模分裂”,因为较小的分裂的历史名称()是和更大的质量分裂(被称为,为了纪念太阳和大气实验,建立每一个的存在。早期的太阳能3- - - - - -6和大气7- - - - - -9)已经加入了新的实验结果(10- - - - - -15)建立这个现象学(16]。

狼藉的描述矩阵,一般称为Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata(中性粒细胞)矩阵,连接质量态下(,,)到风味态下(,,): 在那里的每一个条目的显示我们的知识范围(27]。一起大规模分裂,混合矩阵是绘画般地在图表示1,彩色棒的长度成正比的模平方矩阵元素,。

可以看到,我们现在的知识混合矩阵的值是不精确的。最后一个条目,两年前,被发现非零(28- - - - - -31日]。我们当前状态的测量中微子混合矩阵类似于夸克的部门在1995年(32),后立即顶夸克的发现。与夸克部门及其强大的生产、利用中微子物理学家面临的困难都弱生产和弱衰变。我们的路线精度因此驱使我们高强度加上超大探测器来源。

即使在这个相对早期阶段,SM取得了显著的预测。例如,元素被发现的分裂(33从模型中)如预期。然而,许多问题仍然存在。例如,我们知道平方的符号质量之间的分裂两个国家参与太阳能振荡(16),但不参与大气振荡信号。图1显示了一个“层次”的质量状态,安排大型和小型分裂后的取向是一致的夸克是什么部门。目前还不清楚如果中微子的这种“正常”层次结构、如图所示,或者取向实际上是“倒”。此外,虽然每一个分裂的大小测量,绝对的中微子的质量尚不清楚。我们知道有一个混合矩阵描述,但我们不知道是否有CP破坏现在的夸克。还有更多的异国情调的周围的中微子和振荡的问题。例如,有新的力量出现在中微子交互和振荡?奇异的不相互影响的(“无菌”)中微子与已知的活性混合口味吗?所有这些可能性存在的提示34- - - - - -38]证据扩展。下一代的中微子实验必须研究这些结果和澄清目前的照片。如果历史是未来的任何指示,很可能这些实验,以及更为传统的内SM,将增加更多的惊喜。

中微子物理学的下一步需要改进的工具,特别是能源的分布和味道很好定义的内容。光束能量必须在一系列截面中微子的相互作用是理解,背景很低,和检测器是高效的。Decay-at-rest (DAR)满足这些需求和来源提供的机会所需的精密测量中微子物理学的未来。

本文探讨了回旋加速器作为一个相对低成本的方式生产DAR来源达到或接近地下实验室。我们首先讨论DAR中微子物理的利弊。接下来,我们首批审查的历史和发展。然后,我们描述了two-cyclotron DAE系统下开发运算器的程序。这是一个分阶段的程序最终结果在三个网站产生DAR通量,附近一个超大探测器。本文的最后部分提供的例子的精密科学打开了DAR来源。我们在中微子振荡和中微子散射探索测试。我们还讨论了粒子物理学之外的潜在影响。

2。Decay-at-Rest中微子的来源

最常见的来源目前用于中微子物理学是“传统的μ中微子束。”这样一个源与GeV-scale质子达成生产目标,导致π介子和k中介子decay-in-flight (DIF)产生中微子。给定的能量分布和相关背景DIF梁是依赖beamline的设计。例如,梁的特征非常敏感的磁聚焦和几何以及主要/次要强子衰变地区生产和交互物理目标。这些并发症使第一原理跟中微子能量分布的预测信号和背景DIF梁相当困难。

各种技术可用于DIF-based实验了解微中子通量。实验率非常高的交互可以使用数据限制流量。例如,MiniBooNE的实验已经成功使用相互作用,主要通过介子DIF来自助推器中微子Beamline (BNB)在费米国家实验室,限制背景是由于随后的μ介子衰变的女儿(39]。长基线实验使用探测器附近和远探测器通量减少不确定性。这种比较适用于当前的交互,中微子的能量可以完全重建。中微子是在接受远探测器被认为在不久的通量测量探测器。然而,这种方法更精确的对中性线电流背景事件,因为中微子能量不能被完全重建。最后,一系列事件拓扑是由传统的梁,其范围从数百兆电子伏能量(例如JPARC [40],BNB [39])多达数万GeV(例如围观(有关41],cng [42])。的截面中性时事和拓扑涉及介子生产不测量和理解43)和π介子(及其衰变产物)产生的事件可能会导致高速背景。

DAR中微子的来源,通过生产和同位素衰变,提供精确的选择DIF。DAR通量有定义良好的风味内容和能源分布,我们可以看到的通量源如图3。然而,中微子能量较低而DIF-ranging从几兆电子伏到52.8兆电子伏。DAR的低能量源的优势和劣势。的优势是,两个最著名的中微子横断面图,每个都有不到1%的不确定性,可在DAR光束的能量。第一个是逆β衰变交互(炎症性肠病,)。这有一个横截面,是众所周知的,因为它与中子衰变,这是非常精确的测量46]。IBD之间可以有效地观察到需要一个巧合提示正电子和缓发中子捕获信号(12,28- - - - - -30.]。巧合签名还允许信号从背景很容易被认出来,特别是,如果背景低一样的地下探测器。第二个是电子中微子弹性散射()。这个截面是受到标准模型的测量散射(47]。虽然这种互动缺乏一个巧合的信号,它是高度方向,即使在DAR能量。另一方面,低能量的中微子从DAR源意味着相关的交互绝对截面较低,导致了高通量的要求。因此,DAR来源的总体劣势需要一个非常强烈的来源,可以安装在或接近探测器在一个地下的位置。同时,DAR通量是各向同性,这取决于要求的实验中,探测器可能对向小立体角。下面,我们将介绍,首批作为DAR中微子司机,有足够高的强度和尺寸足够小以克服这些缺点。

DAR来源范围在几兆电子伏能量从同位素衰变,我们使用李衰变作为我们的示例(参见图2),52.8兆电子伏链(见图3)。流量从同位素衰变是纯粹的味道,虽然介子/μ介子衰变率定义良好的味道。

介子/μ介子DAR梁最好由撞击产生的低能量兆电子伏质子在光目标产生π介子的高速率共振。目标必须被沉重的材料之前停止即将离任的π介子DIF。在这种情况下,主要从中微子产生或衰变。带负电荷的π介子和μ介子停下来捕捉核衰变产生的中微子(之前48]。k中介子的产生或重介子,这可能产生不必要的背景,可以忽略如果主质子能量低于约GeV。的通量可以保持在这一高度的通量的兆电子伏能量范围。因此,非常适合搜索来源通过振荡(外观49),我们将在下面进行讨论。

一个同位素DAR源产生味道纯电子通量衰变。这样的来源可以通过高强度、低能耗(60兆电子伏/ n)质子侵犯一个铍的目标。这些和随后的互动导致捕获大量的中子,周围材料产生兴趣的同位素。精密实验最好使用中微子3兆电子伏以上,执行环境背景很低。因此,高价值的同位素被青睐。这个过程会产生一个非常纯洁通量的定义良好的能源,可用于散射和中微子失踪实验。

下面,我们讨论的使用李同位素衰变,产生的中子捕获99.99%的纯李袖周围的目标。的李内容必须被移除,因为这种同位素中子俘获截面高的竞争李。被选中,是因为锂99.99% isotopically纯洁李被熔盐反应堆使用,因此可以获得。我们检查了其他同位素,包括,特别是B可以生产通过中子俘获B。然而,在这种情况下,我们找不到商用B在足够的纯度达到高通量。

IBD的相互作用在这些MeV-scale大截面的能量,如图4。然而,我们注意到,随着IBD交互需要自由质子作为交互目标,这种方法只与水相关,scintillator-based探测器。炎症性肠病的相互作用有着辉煌的历史。Pontecorvo自己首先建议搜索这种交互,在1946年的一份报告中,加拿大国家研究委员会(50,51),这是第一类型的中微子交互观察(52]。IBD的信号交互现在广泛应用于反应堆实验。反应堆IBD范围如图4相比DAR通量。

3所示。首批DAR源驱动程序

首批代表理想司机DAR上面所讨论的来源。这些机器是紧凑和低成本相比,大多数粒子物理加速器。大小、功率和冷却需求足够温和,可以安装在地下实验室首批这些来源可以配对与现有大型水和闪烁体探测器。回旋加速器可以追溯到Pontecorvo的时代。然而,对于中微子物理学,首批已经走过了漫长的道路,因为他们的起源。现代回旋加速器能够产生所需的强度非常高通量现代精密测量中微子。

本节回顾了回旋加速器的历史,讨论了回旋加速器的工作原理。我们认为重要的在今天使用的例子,然后讨论他们DAE中的发展运算器的项目。

3.1。首批简史

欧内斯特·o·劳伦斯不知道,第一次由Leo Szilard发明回旋加速器,他在1929年接受了德国的专利设备,但西拉德从未尝试一个实际的实现他的想法。劳伦斯自己的发明源于他的研究论文,Rolf Wideroe共振加速度在线性结构使用无线电频率(RF)电压。虽然劳伦斯不懂德语,他能够理解的概念图纸和方程来自己的发明。

Wideroe线性加速器,一束离子加快通过一系列小的空心金属管之间的缝隙,称为漂移管,连接在系列射频(RF)电压发生器。在任何瞬间的时间连续的空白带相反的电压签署连续电压之间的差距由180度转向射频阶段。在遍历漂移管离子从时变电场屏蔽。每个选择漂移管的长度,这样电压变化信号在时间离子导线管,允许离子增加它的能量。自非相对论离子增加他们的速度穿过缺口,每个连续的漂移管必须长(正比于离子速度乘以RF-wavelength)的离子运动与RF发电机保持同步。更高的能源意味着加速器的长度增加了非线性,至少一开始不会。最后一束能量就是射频电压乘以数量的差距。

达到1兆电子伏以上的能量,劳伦斯的见解是,非相对论粒子注入一个偶极子磁场垂直于粒子速度,革命是独立于粒子能量的频率。高能量粒子在较大的轨道,保持同步(同步)运动。如果离子的轨道中包含两个空心“D”形电极(“方式”)连接到一个射频电压源、一个可以加速离子能量与直流电压不可能的结构。注入光束的中心设备和螺旋向外。

劳伦斯的思想被他的学生很快意识到在实践中对质子m·斯坦利·利文斯顿。作为一直以来第一个加速器,劳伦斯团队推动在两个方面:粒子能量和光束强度。强烈的限制强度是由损失垂直的表面上的离子回旋加速器真空室的。介绍了这个问题时减轻磁场垫片提供磁场径向分量。径向分量增加回旋加速器中心的距离。结果是一个垂直的恢复力(垂直聚焦),限制梁中位数水平平面。随着垂直聚焦,许多连续梁粒子束,每一个都有不同的动能,可能在回旋加速器加速;也就是劳伦斯束离子回旋交付连续的列车间隔的射频段。事实上,离子之间的同步运动和革命时期的射频电压只需要RF-period等于整数倍。任何奇数,,将工作。选择允许更多的回旋加速器中束在任何时候;甚至高束电流是有可能的。

试图增加质子能量大大超过10兆电子伏提供了不同的难度。革命频率(回旋频率)开始减少由于相对论增加质子质量。甚至改变1到2%就足够了革命频率的射频信号发生器的频率带宽之外的,因此失去同步的射频电压。这种限制的解决方案似乎很简单:调节射频降低值与高能粒子束的保持同步。频率调制回旋加速器(或同步回旋加速器)允许劳伦斯团队实现能量高达340伏184英寸回旋。在芝加哥大学,恩里科·费米的团队达到450伏略小的170英寸的回旋。在1950年代早期,这台机器产生了丰富的π介子通过(3)共振。accelerator-generated中微子的时代开始了。值得注意的是费米和西拉德也负责的另一个重要来源的发明人造中微子:核反应堆。

在俄罗斯建造更大的机器。俄罗斯的努力最终以巨大的1 GeV质子同步回旋加速器在列宁格勒Gatchina核物理研究所。这台机器是建立在世界上最大的整体电磁铁的钢管直径7米,铁的重量将近8000吨。保持同步通过调频已经付出了代价。只有一个,也就是说,只有一个能量的质子,可以加速在任何时候。因此,Gatchina机只能加速0.2,数百次不到古典频回旋加速器。

生成连续离子串的火车每核子能量超过10兆电子伏所需的另一个发明,保持粒子同步尽管加速度是由固定频率功率提供。托马斯在1938年发布的解决方案(53]表明,同步和垂直聚焦条件可以保持垂直的磁场,与极角不同。这种变化(所谓的山丘和山谷的磁场或字段颤振)引入了一个速度的径向分量,额外的离子,因此由于积聚焦效果。这种组合会导致扇形的轨道而不是简单的螺旋。除了方位变化,如果垂直领域增加强度更大的半径,革命时期可以保持不变(同步)的独立的能量离子回旋加速器的全套操作。

唐纳德Kerst引入了托马斯的计划的进一步改善径向方位变化的行业。Kerst建议使用螺旋行业增加梁的轴向聚焦更多通过交变梯度原理的应用,那时被设计成同步加速器。螺旋行业现在用于几乎所有的回旋加速器40兆电子伏,将大大增加能量和强度可用,从而提供一个因素1000更强烈的光束,在低能量下,n,中微子生产。

的能量和强度(或电流)范围所提供的历史和今天的回旋加速器,相比其他类型的圆形加速器,如图5。各种类型的首批指出:FF是固定的字段或古典回旋;FM调频(同步)回旋;回旋加速器和志愿兵役制作为方位不同领域。一个可以看到,DAR所需的低能量光束,回旋加速器是理想的驱动程序。线性加速器也是一种选择但是需要更高的能力和更高的单位成本比回旋加速器能量。

研究现有的两个回旋加速器提供了重要的知识输入800伏机器最终DAE的设想运算器回旋项目。这些是保罗谢勒研究所separated-sector环回旋加速器在Villigen (PSI),瑞士(54),超导环回旋加速器(SRC)理Wako、日本(55]。在separated-sector回旋加速器,部门有个人轭和线圈;山谷是磁性的舞台和可供射频功率,束注入和提取和诊断。这样的机器需要一个媒介能量(几十兆电子伏)注射器。能源的590伏和电子束电流的2.4 mA, PSI环回旋加速器是目前世界上最强大的加速器能量范围内,交付1.4 MW的质子(54),见图5。PSI复杂经常提取率达到99.98%,这集酒吧未来DAE加速器等运算器的程序。

理研SRC是世界上第一个环回旋加速器使用超导磁体,它有最强的回旋加速器中束弯曲力。这个回旋,虽然为高能高剥夺了重离子梁设计,代表了一个工程“proof-of-practice”设计的回旋加速器磁铁为800伏/ n DAE适用运算器SRC。这里没有显示在图5因为它是一个质子重离子而不是机器。因此,当前从日本机器可用的屏蔽是有限的,而不是机器的设计。这里可以提高离子束能量高达440伏/核子光离子和高达350伏/核子重金属离子,如铀原子核,产生强烈的辐射光束。SRC由六大超导领域磁铁最大的3.8 T。总储存能量235 MJ,其外形尺寸是直径19米,高8米,和8300吨。磁铁系统组装已成功完成2005年8月,2005年11月达到最大的领域。磁场测量两个月后,超导磁体安装和第一个梁是2006年12月从SRC中提取。

3.2。首批介子/μ介子工厂

首批被用来产生π介子和μ介子多年;是什么小说DAE呢运算器是他们的应用程序作为DAR来源的司机,π介子和μ介子中微子来休息和腐烂。事实上,三分之二的主要“介子工厂”委托cyclotron-based在1970年代。这些都是TRIUMF,在温哥华,加拿大BC (56),和罪恶57在瑞士Villigen] (PSI)。竞争技术LAMPF [58]在洛斯阿拉莫斯(现在LANSCE),这是一个800伏直线加速器。这两个回旋加速器设施保持在精密介子和μ介子的前沿研究。TRIUMF, 500伏回旋加速器,产生几百答:这个项目也已经扩大到成为世界领先的实验室放射性离子光束。ψ是目前世界上最强大的能源范围590伏质子加速器。光束功率为1.4兆瓦,回旋加速器是一个光辉的榜样优质梁与极高的萃取效率(99.98%)和低梁损失(每回旋拱顶200 W)。美丽的μ介子物理现在出版的一个例子来自PSI的精密测量从木兰实验59]。然而,与主光束节目现在在向被主要针对生产低能耗(兆电子伏)通过散裂中子过程中子散射和衍射的研究材料。这些回旋加速器,这一直是一个巨大的资产,通知DAE运算器设计如下。

虽然TRIUMF和PSI机器已经应用到中微子,DAR实验洛斯阿拉莫斯的竞争LAMPF梁(60,61年]。同时,应该注意的是,其他低能同步加速器也举办或正在考虑重要的中微子decay-at-rest实验,即700伏伊希斯机在英国卢瑟福阿普尔顿实验室(KARMEN [62年在橡树岭])和进步党(63年]。

3.3。DAE的运算器回旋加速器

DAE的运算器回旋加速器系统加速离子通过一系列两个回旋加速器。完整的系统称为一个“加速模块。“图6显示了布局的一个示意图加速模块。DAE的来自喷射器回旋加速器(DIC)捕捉到5 mA(电)并加速束约60兆电子伏/ n。这束提取静电。这个梁可以用于一个独立的项目(IsoDAR)或注入进一步加速(DAE的短距离运算器)。这第二个机由8楔形超导磁铁和6 RF腔(4 PSI单间隙类型的,2双间隙)。脱模箔位于外半径,后缘的其中一个部门的磁铁,和提取通道出来大概的山谷之一走了。图6还显示示意图梁转储,石墨块与一个洞形对应梁剖面所以能量均匀分布在一个广阔的区域内。石墨周围环绕着一个铜、水冷套,预计6兆瓦的能量消散。

设计的一个关键方面是加速的。这部小说的选择离子被Calabretta[选择64年)在回应一个建议由鲁比亚在1990年代使用大电流,1GeV首批驾驶钍反应堆(65年]。因为大多数回旋加速器加速质子或这个选择的利弊值得研究。

的一个缺点这种离子的高刚度(比裸露的质子或= 0.5)(两个= 1)需要相对较大的回旋半径。然而,机器的大小是实际考虑到更高的领域可以从超导磁体。事实上,理研SRC接近所需的字段和尺寸规格。

通过选择离子,可以使用一个剥离干净地提取回旋加速器的束箔。虽然剥离开采不可用质子加速器,它已经非常有效地用于低能回旋加速器加速梁。剥离的价值提取分离是将不再是一个问题。所有离子会通过脱模箔,即使把分离不干净。离子将被剥夺了几个,可能不超过两个或三个,质子将与他们相关的能源数量。提取通道,通过DSRC的中部地区(质子是弯曲的,而不是是这样的),需要足够的动量接受传输所有的质子将他们剥夺了。

这是低(0.7 eV)的结合能离子,使它无法使用高能机器短距离。这使得容易受到洛伦兹剥离领域低至2 T和能量低于70伏。绑定的能量就越高离子(2.7 eV,至少在其基态)使它更稳定,能够活到800伏在最高6 T领域DSRC预期。

最后,一个伟大的的优势是出发的减少影响。空间电荷的粒子束梁内产生排斥力,而产生解谐效应。衡量这种影响的力量,被定义为“广义导流系数,” 在哪里,电荷、电流、静止质量,速度,和相对论性粒子束参数,分别为(66年]。的价值就越高出发谐效应越强。

根据(2),出发马5的影响梁的DSRC相当于2.5 mA相同的质子束。因此,它们类似于出发影响出现在2.4 mA质子束在PSI正在加速。另一个自由度减少出发选择注入能量和加速电压的影响。在这个前提下,我们有精确梁动力学进行研究,包括3 d效果出发(DIC的中部地区除外),与有条理的3 d模型在代码中实现面向对象的并行加速图书馆(蛋白石)67年]。梁动力学模型(详细描述68年,69年]。短距离,我们实现了一个简单的脱衣舞女模型为蛋白石为了研究这个复杂的提取轨迹的剥夺了质子。

DAE运算器研发相关加速度已经开始在测试站在最好的回旋加速器,Inc .,在温哥华,加拿大BC,。这些研究使用vi或多功能离子源,nonresonant电子回旋共振(ECR)来源70年)建立Laboratori Nazionali del Sud (LNS)在卡塔尼亚,意大利已经运往温哥华这些测试。对于任何离子源,质子,,甚至将会发出。我们已经开始研究发射率,变形到回旋,捕获,并加速。

总之,DAE运算器程序已经开发了一个生产计划两个高功率回旋加速器,一束生产60兆电子伏/ n和其他在800伏/ n。前者为后者提供注射器,然后可以产生介子/μ介子DAR中微子通量。正如下面所讨论的,注入器还可用于本身产生同位素DAR梁。

3.4。DIC回旋加速器的应用同位素生产

本文的其余部分将描述DAE的价值运算器回旋加速器中微子物理学的基础研究。然而,值得停下来注意这些首批有实际应用。这吸引了行业参与DAEalu家族的发展。从医学应用到例子加速器驱动系统为钍反应堆。我们专注于前,注意,71年)提供了一个更广泛的描述同位素生产药使用DIC回旋。

甚至从Pontecorvo的天,回旋加速器产生的同位素被追究适用性在医学诊断和治疗。梁发生在1937年的首次直接治疗使用试验用中子产生60 MeV克罗克回旋伯克利分校。顺便说一下,这台机器还在使用,主要是在加州大学戴维斯分校质子治疗眼部肿瘤。更高的能源回旋加速器是建于1940年代,800伏184英寸同步回旋加速器伯克利分校,和两个同等规模机器在杜布纳和圣彼得堡。医学治疗发挥着突出的作用,这三个机器,从立体定向显微外科垂体消融的极细光束。然后,当诊断工具如CT扫描仪变得可用,可以仔细测量物质的密度上游的准确预测肿瘤的停止点光束,Bragg-peak疗法与α粒子束制定了184英寸的同步。

回旋加速器目前广泛用于与质子束疗法,与几家商业公司营销高效cyclotron-based系统质子治疗大约250伏的光束能量(72年]。束放疗所需电流只在nA范围,即使有固有的损失降低fixed-energy光束匹配所需的范围在病人,足够的光束亮度可以实现光束的不超过一个一个质子的提取。

同时,放射性同位素生产首批30兆电子伏甚至更少的能量已经成为广泛应用于医学诊断和治疗,与不断增长的需求技术完善和改进的结果。束电流在750年的范围马2正在从商业和研究isotope-producing回旋加速器;复杂目标的限制因素往往是散热需要有效的同位素生产。增加生产能力是通过多个提取端口启用加速光束可以提取的剥离。分享两个目标之间的总束功率电台允许更大的生产能力。

DAE的运算器喷射器回旋,用于IsoDAR,将成为一个强大的工具为同位素生产沿着两个不同的方向。的60 600千瓦兆电子伏质子,梁权力大大高于现有同位素机器。这可以使显著更大的单个目标收益率,该技术被开发使用所有这些光束功率在一个目标或增加通用性的同位素之间的梁工厂通过共享许多目标。作为离子通过传统的隔膜,从回旋加速器中提取一个狭窄的脱衣舞女可以放置在一个部分的离子通过汽提塔转换成质子束疗法,可以干净地分离的主体梁和转移到生产目标。剩下的梁运输进一步剥离站,每个剥落的一小部分梁提供不同的目标。这样的权力限制任何给定的目标不会被超过,效率高,使用维护整个梁。同位素的例子,可以生产,和他们的应用程序,如表所示1。

第二个同位素的应用回旋加速器是相同离子的荷质比也可以加速。具体地说,(粒子)梁可以加速电流只有有限的可用性离子源。有许多同位素具有巨大的应用潜力,是有限的今天只有合适的大电流的限制可用性α梁。事实上,第一个原型回旋加速器建成大电流的测试注入梁,建立在卡塔尼亚的LNS,意大利,被设计用于直接后注入测试作为一个专门的α粒子回旋加速器生产放射疗法的同位素。一个例子将是在,供不应求,即使是长期的临床研究

DAE的运算器超导环回旋,扩展性能保持今天的纪录的PSI通过增加能量从590年到800年兆电子伏在目前的5倍,成为的一员GeV-10 MW-class的机器。许多这样的机器已经设计并提出但成本一直是阻碍他们实现。迄今为止,只有一个这样的项目已经发展到先进的研发和建设阶段:MYRRHA [73年)坐落在摩尔,比利时。这些项目都属于的系统(ADS)的类别,如核废料嬗变,驱动次临界反应堆thorium-based和氚生产。

随着物理可能性前所述,DAE运算器回旋加速器提供新的机会在这个领域提供梁在大大降低成本的线性加速器直到现在被视为唯一可行的技术水平达到这些光束力量GeV能量范围。成功开发的这些回旋加速器,可以预期的大幅增长在广告领域,成本障碍被超越。

3.5。RD状态和计划项目

我们使用一个四阶段,步进式方法DAE的组件的开发运算器回旋加速器。虽然没有单一的组件必须远远超出现有技术运作,小步骤结合在一起时,结果是一个巨大的飞跃。

第一阶段涉及到开发和测试的一束离子源和低能耗的交通系统,包括设计的变形系统,引导光束到回旋。第二阶段建立了喷射器回旋,使用相对较小的修改,IsoDAR。第三阶段将产生短距离和相关目标/转储,这代表了第一个完整的加速器模块。这个模块可以用于near-accelerator物理学与短基线的超大探测器超出标准模型搜索(74年,75年]。第四阶段介绍了大功率运行必要的设计修改需要在中期和CP破坏研究网站。

的四个阶段,第一阶段是最先进的。本研究旨在轴向注入40到50 mA与马5测试回旋,捕获并加速到几兆电子伏能量。作为第一步,我们已经安装了一个15马离子源的测试最好站在回旋加速器系统(BCS), Inc .这使我们获得信息模拟最终螺旋弯曲物。弯曲物异常大占高束电流和大束的大小必须仰从垂直于水平面。电极之间的差距是15毫米,而不是典型的6 - 10毫米缝隙中发现大多数回旋加速器。由于大小、螺旋弯曲物占据了一个地区的变化磁场不是微不足道的,假定的螺旋弯曲物设计的分析处理。这种效果必须仔细考虑塑造的电极。的设计也必须减少引入一束高能蔓延在运输设备。梁中和和图像电荷效应增加了困难在第一次迭代产生一个可靠的设计。我们的方法是尽量模拟,产生第一螺旋弯曲物,我们现在在BCS运行。从这个,我们获得的实验测量它将使我们能够调整设计。这将告诉我们第二次迭代测试站,将建在卡塔尼亚INFN,意大利。

CP的有趣的技术挑战是独特的计划,而不是IsoDAR,去除离子的高振动状态的光束。在800伏,在6 T领域外的短距离,高振动状态将Lorentz-strip,生产多达10%梁损失。计算表明,最低的四个州将是稳定的76年)所以我们正在调查方法删除以上这些振动状态。工作与橡树岭国家实验室合作测试的方法森(77年),包括引入惰性气体离子源。在第一轮结果难以解释的测试;然而,离解这种机制被认为需要长时间(毫秒)居住的离子源。如果是这样,那么我们必须考虑重新设计的来源77年)或删除后的振动状态的方法源退出。替代来源现在正在讨论。

第二阶段也在进行中。这关键的一步,这是建设一个IsoDAR来源描述在下一节中,产生一个大电流回旋DAE非常相似运算器喷射器,我们提取5 mA(或10马的质子)60兆电子伏/阿姆河。正如上面所讨论的,这些回旋加速器的成功很大程度上取决于控制光束空间电荷“崩溃”。问题的难度可以使用广义导流系数的基准,测量了(2),比较出发影响现有的机器。马5束注入回旋在70 keV (35 keV /阿姆河)的结果值类似现有的首批30 keV的质子注入马2。因此,虽然空间电荷问题是一个挑战,我们有理由期待,可以解决的问题。

第三阶段发展的主要问题是DRSC。我们的计划已经上面描述。1兆瓦的目标是第三阶段发展的一部分。虽然我们的机器是为了在更高的功率运行,我们可以限制目标的平均功率为1兆瓦。这是通过提取通过多种剥离衬托分离转储。注意,光束将在30厘米的目标画脸,大大减少权力的问题。

第四阶段,至少高级阶段,第三阶段系统高功率。合作有几个相互竞争的概念设计如何实现这一目标。一个涉及交叉梁从两个注射器回旋加速器,而另一个涉及向中部地区注入两束。

4所示。IsoDAR

IsoDAR是DAE的第二阶段的步骤运算器。IsoDAR代表一个小说概念的应用中微子物理测量和示威的60兆电子伏/ n喷射器回旋加速器相关的更大的项目。

基线回旋加速器设计IsoDAR 5 mA机器将加速梁每核子60兆电子伏。梁会注入70 keV (35 keV / 12)通过螺旋弯曲物。回旋加速器设计用于IsoDAR非常类似于用于DIC。

IsoDAR当前的计划是找到一个回旋加速器的地下实验大厅里靠近KamLAND探测器,在Kamioka日本。这是一个连续波源90%责任周期允许机器保养。由此产生的光束将运送一个短距离的漂移KamLAND目标位于一个房间。梁末转储是假定为探测器中心的16米。

我们将继续优化的生产目标李,发射器的来源的测量。基线设计的目标是一个圆柱体,20厘米长,直径20厘米。这个圆柱体周围是一个额外的5厘米温和的中子和提供工作目标冷却。的然后被99.99%的纯的圆柱套筒李,外直径150厘米和200厘米。一些李直接产生的目标,但多数的李是由许多中子在是目标捕获李。同位素的纯度李袖是必要的,以避免生产氚的中子李。进一步的,这个生产截面比中子捕获大几个数量级李,因此降低了生产李严重。所需的水平李袖纯度是可用的,因为它是常用的核工业。名义运行5年90%的责任周期生产反中微子的衰变李。

当搭配了一个液体闪烁体探测器,这种同位素DAR通量打开一个数量的中微子测量精度的机会。介绍了两个例子。第一种是灵敏度高惰性中微子搜索。第二个是一个从中微子中微子部门寻找新的物理电子散射。这两种情况下描述与KamLAND配对,提供特定的利率和背景信息。一个例子涉及也提供了一致的中微子的探测散射虽然这种测量需要dark-matter-style keV-scale励磁的探测器敏感。

4.1。IsoDAR和DAE之间的联系运算器喷射器回旋加速器

虽然IsoDAR回旋DIC的磁路相同,有一些不同的加速系统和中部地区为了提高高强度梁生产所需水平的物理我们在下面讨论。一个重要区别DIC和IsoDAR机器工作周期。IsoDAR回旋加速器将在CW模式下工作,而DIC的责任周期仅为20%,与调制在毫秒范围内。由此产生的高束的力量IsoDAR构成了很强的约束部分梁上的损失。

IsoDAR回旋加速器将最有可能被安装在地下,而DIC回旋加速器可以建立网站表面上。实验网站的讨论,KamLAND Kamioka矿山在日本,特别狭窄的访问。水平和垂直孔尺寸是2.4米和3.2米,分别,所以运输和组装构成约束回旋加速器设计至关重要。所有机器组件必须在大小和重量是有限的,但机器最佳真空等功能必须维护。计划已经INFN-Catania集团开发的切割成碎片的元素。虽然这一步听起来剧烈,500 TRIUMF兆电子伏回旋加速器是一个存在证明回旋加速器可以切片。

4.2。惰性中微子搜索

寻找光惰性中微子质量1 eV的动机是在几个实验中观察到的异常。有趣的是,这些结果来自一个广泛的实验覆盖了中微子,反中微子,不同的口味,不同的能量。短基线加速器中微子振荡实验(61年,78年)、短基线反应堆实验(20.,79年),甚至放射性源实验,原本打算作为校准的化学太阳中微子实验(4,5),所有观察到的异常,可以解释为是由于一个或多个惰性中微子。

这些异常现象的理解SM中微子振荡,观察必须与数据从零的大范围的实验结果62年,80年- - - - - -82年然后一个模型。这些“全球适合”最常见的模型与一个或多个惰性中微子的振荡概率计算(83年]。扩展的模型被称为“”,”或““中微子模型取决于数量的额外的惰性中微子。全球适合更倾向于和与CP破坏模型;模型试验信号之间很难协调和那些零结果(38]。

实验显示这些异常结果的多样性有积极的建议来解决这些问题。建议从重复源实验,技术特别设计的反应堆中微子实验,基于硬件加速的实验。许多这样的提议,然而,没有足够的灵敏度,并作出明确的> 5声明关于惰性中微子的存在在所有相关的参数空间。实验设计确定的测量是基于介子或同位素DAR来源。值得注意的是,整个DAE运算器复杂可以用来生成一个介子DAR梁这样的测量。然而,DAE IsoDAR概念简单的呼吁运算器喷射器回旋加速器用于生成一个同位素DAR来源。如此复杂的坐落在kiloton-scale闪烁体探测器如KamLAND将使最终寻找惰性中微子通过观察与合作夥伴的赤字作为距离的函数和反中微子能量整个detector-the中微子振荡的签名。这是IsoDAR提议背后的概念84年]。

拟议中的IsoDAR目标是毗邻KamLAND探测器。反中微子传播9.5通过结合岩石,外μ介子否决,缓冲液KamLAND的活跃的闪烁体体积。闪烁体是包含在尼龙6.5气球半径使总距离目标探测器中心16米。然后反中微子是通过检测IBD交互。这种交互有一个众所周知的横截面的不确定性(0.2%85年)并创建一个独特的巧合信号提示正电子之间的信号,兆电子伏,缓发中子捕获为2.2伏,伽马射线200年年代。

KamLAND旨在有效检测IBD。有92%的效率标准的分析以确定IBD事件(86年]。IsoDAR名义5年的运行,炎症性肠病事件预计。最大的背景来自于每年100反应堆反中微子IBD事件被KamLAND [87年]。反应堆反中微子速度依赖于核反应堆的运行在日本已显著降低在2012年和2013年(88年]。惰性中微子分析使用一个能量阈值3兆电子伏。由于提供的有效背景抑制效率IBD延迟符合信号,这个阈值可以使用完整KamLAND基准的体积, 6.5和897吨,微不足道的背景来源除了从上述反应器反中微子。

中微子振荡的惰性中微子分析利用签名。因此,能源和顶点决议决定灵敏度至关重要。KamLAND探测器有一个顶点重建解决和能量分辨率(86年]。示例数据集合理3 + 1和3 + 2的模型图所示7的名义探测器参数,总结在表2。在目前最青睐的振荡情况下,信号是可观测的。此外,不同的分离模型可能以人物7 (b)。

了解灵敏度相对于其他提议,IsoDAR 95% CL是相对于其他电子反中微子失踪two-neutrino振荡参数实验空间图8。在短短五年的运行,IsoDAR排除整个全球3 + 1允许地区;和在20。这是最权威的测量方案中最可能的参数空间之间的。

4.3。精密电弱测试的标准模型

除了IBD交互,IsoDAR中微子源(23),当结合KamLAND探测器(89年),可以收集低能耗最大的样本电子(ES)所观察到的散射。超过7200 ES事件将收集3可见兆电子伏能量阈值以上5年运行,总速率和可见的能量可以测量。这可以与欧文实验样本(458事件从1.5到3兆电子伏90年]);从3到8兆电子伏[TEXONO(414事件91年]);从0.6到2兆电子伏[Rovno(41事件92年]);从0.7到2兆电子伏和MUNU(68事件(93年])。

在标准模型中,由ES微分截面 在哪里是电子反冲能量,输入的能量吗,弱耦合常数和给出了在树级别和。方程(3也可以用向量来表示)和轴向弱耦合常数,和,使用的关系和。

ES截面可以因此被用作探针的弱耦合,和,以及,标准模型中描述的一个基本参数(94年]。虽然已经确定精度高(95年),有一个长期存在的差异(16获得的价值之间的]NuTeV对撞机实验和获得的值的精度neutrino-quark散射实验(96年]。尽管统计低于NuTeV, IsoDAR措施使用纯粹的轻子ES互动,不涉及任何核依赖。这可能解释的价值通过测量微中子散射实验。

ES截面也敏感新物理学在中微子部门因非标准交互(NSIs),这些都包含在通过六维理论,four-fermion有效的运营商。NSIs产生弱耦合修正和修改中给出的标准模型ES截面(3) 在哪里和。NSI参数和然而,与flavor-changing-neutral电流吗被称为nonuniversal参数。我们可以通过拟合估计IsoDAR对这些参数的敏感度(4)测量截面,假定的标准模型值。一般来说,轻子味违反流程严格限制我们只关注IsoDAR两个不通用的参数的敏感度。

ES交互用于这些电弱测试的标准比IBD截然不同的交互模型用于无菌中微子搜索。IBD信号由一个延迟符合正电子2.2伏,中子捕获,而ES信号探测器由孤立的事件。另一个区别是,在IsoDAR能量,IBD截面是几个数量级大于截面。事实上,如果只有1%的IBD事件被误判为ES的事件,他们将最大的背景。另一方面,建议在97年IBD信号),也可以用来减少ES的正常化的不确定性信号约0.7%。最后一个差异是,传入的能源为IBD交互KamLAND可以推断出从可见能源event-by-event基础上,而传入的能源为ES交互KamLAND不能。因此,微分截面测量可见能源箱对应的动能反冲电子,和依赖传入的根据IsoDAR通量能量集成。

ES的背景信号可以分为beam-related背景,这是由误判IBD的事件,和nonbeam背景,因太阳中微子交互,μ介子散裂,和环境资源。我们采用一种策略类似于[列出的一个98年)减少nonbeam背景。首先,宇宙μ介子否决应用于减少背景光由于放射性同位素生产的μ介子探测器内部的分裂。这减少了生活时间62.4%。接下来,可见3兆电子伏能量阈值被用来减少环境的背景源堆积在低能量。最后,置信半径5米是用来减少背景从外部伽马射线来自周围的岩石或不锈钢探测器。减少beam-related背景,IBD否决是用来拒绝任何ES候选人在2女士的后续事件可见能量> 1.8兆电子伏在6米基准半径。IBD否决估计的效率,假设的不确定性来自于统计不确定性测量IBD校准源的选择与50000年效率。安贝认为事件。

表3显示了期望信号和背景事件总数假设名义5年IsoDAR运行工作系数为90%。我们假设的能谱nonbeam背景可以测量前4.5年的KamLAND数据IsoDAR打开来源。nonbeam背景的能谱,误认为IBD的事件,可以从激光头的提取数据与一个专用的延迟符合选择。鉴于这些假设,表4给出了IsoDAR敏感从一个适合率和光谱相结合的“形状”微分截面,以及每个单独。敏感性也显示背景减少50%的情况下,减少100%的情况下背景。

比较IsoDAR与其他实验的灵敏度,适合的ES截面也可以做的和。图9显示了IsoDAR 1轮廓的- - - - - -平面轮廓从其他实验。IsoDAR是最敏感的实验日期和测试的一致性联轴器与联轴器。

最后,我们还可以估计IsoDAR不通用的NSI参数的敏感性和标准模型,假设值。结果如图所示10随着当前全球允许地区(24]。在周边地区和,IsoDAR 90%置信区间显著提高全球的画面。

4.4。连贯的中微子在IsoDAR散射

正如在前一节中所讨论的,一个强烈的中微子的来源提供了一个巨大的机会的物理测量非无菌中微子搜索。随着弱混合角测量和对非标准中微子交互,这样一个源可以让第一个检测和随后的高相干统计抽样,neutrino-nucleus散射事件。虽然过程是标准模型预测的和有一个比较大的横截面相关能源区域(10 - 15兆电子伏),中性线电流相干散射以前从未被观察到的低能量核反冲签名难以观察。

适度的几百个事件样本收集与keV-scale-sensitive暗物质风格可以改进现有的非标准的中微子探测器相互作用参数敏感性的一个数量级或更多。的偏差5%预测截面可以指示的新物理。此外,横截面是理解核心崩溃的进化相关的超新星以及描述未来破裂超新星中微子事件与地面探测器收集。

风格暗物质探测器keV-scale敏感核反冲事件,也许基于锗晶体或单相液氩/霓虹灯技术,结合IsoDAR等强烈的质子源,可以执行上述物理。这项技术目前存在这样一个探测器(必要的被动和主动屏蔽)部署在地表或地下。注意,KamLAND探测器测量不够敏感。

图11显示了预期利率的中微子能量和核反冲能量的IsoDAR源(/年)结合1000公斤氩探测器在10米的平均基线从源1 keV核反冲能量阈值和20%的能量分辨率。鉴于这些假设,每年大约1200个事件可以收集这个事件类的高统计抽样。第一次观察的过程显然是可能的与一个更温和的大小探测器。

5。DAE运算器

5.1。CP违反搜索

CP破坏可能发生在中微子振荡如果有一个复杂的阶段,,在中微子中微子风味和质态下之间的混合矩阵。观察光中微子的CP违反行业将会是一个这样的影响在早期宇宙第一GUT-scale马约喇纳中微子可以CP违反衰变导致我们现在观察到的物质反物质不对称。这个过程称为“leptogenesis”[99年- - - - - -101年]。

的参数可以通过muon-to-electron中微子振荡概率。在真空中振荡的概率是由(102年] 在哪里。在第二个任期是指中微子(反中微子)操作。

的一个关键参数测量CP违反混合角的大小的大小,决定了前三届(5)。最近,几个反应堆中微子实验消失(双Chooz,大亚湾,和雷诺)的精密测量给全球的平均水平(45]。这一事实现在是相当大的使CP违反搜索可行和粒子物理的重要一步。

长基线实验,寻找CP违反依靠比较中微子和反中微子振荡概率,因此利用上述变化的标志以隔离。这种类型的测量由物质影响是复杂的,向前的散射振幅的中微子和反中微子不同由于电子的存在,而不是正电子,。

这件事影响导致修改(5)给 在这个方程,和指中微子(反中微子)。时间效应只出现问题很大,因为(与)是小的。短基线DAE等实验alu家族有微不足道的事如T2K实验效果和温和的基线公里承受适度物质的影响。另一方面,长基线实验等和伴随着产生重大影响(44]。修改的条款还取决于物质的影响,使修正依赖知道这个标志,通常称为“大规模的层次结构。“测量质量层次的目标的几个即将到来的实验,包括没有(103年和企鹅家族104年];然而目前尚不清楚如何层次结构将伴随着将运行时。

长基线加速器振荡实验,收集足够的反中微子的数据集是很困难的,由于负介子产量减少了加速器的质子和减少交互与合作夥伴的横截面。当前事件估计LBNE实验34 kton液氩探测器在1300公里从费米实验室网站图所示12(44正常质量层次结构)。

相比之下,DAE运算器实验将只搜索反中微子的模式不管效果,减少背景和系统的不确定性,加上独特的一些低成本的中微子实验布局中处于不同来源的距离从一个大型探测器。antineutrino-only梁,振荡概率是由(5),对CP违反之间是通过干扰和有一种独特的转换依赖。

具体来说,DAE运算器将搜索使用中微子振荡三stopped-pion DAR来源,在一个互动大200 - 500 kton Gd-doped水切伦科夫或大型50 kton液体闪烁体探测器。的光谱的可以摆动如图4。电子反中微子的探测是通过IBD的过程,即将离任的正电子再次需要一个延迟符合中子俘获的Gd水探测器或氢的闪烁体探测器。这个过程有很高的横截面兆电子伏,但需要Gd掺杂水探测器或闪烁体探测器探测即将离任的中子和分离IBD事件从荷电流的优势事件。

加速器将定位在1.5,8和20公里的大型探测器如图13,所有的地面,减少安装和运行的复杂性。这也使得质子束的目标很容易直接向上,这样任何decay-in-flight中微子是直接从探测器。每一个加速器为CP违反搜索提供了不同的物理数据。1.5公里加速器允许测量的激光头的背景和正常化。8公里站点的振荡波长在20公里50兆电子伏,网站是这种能量的振动最大。每个站点将运行时间的20%,这样的事件一个给定源的距离可以被他们的时间戳对运行周期。这将把40%的时间连续电波测量nonbeam背景和提供其他物理数据。基线计划十年运行1兆瓦,2 MW,和5 MW中微子源1.5,8,分别和20公里的网站。

结合三个加速器的数据有助于最小化系统的不确定性与梁和探测器,导致相关搜索CP破坏高度敏感。DAR通量的形状与能量是精度高和各种距离中比较普遍;因此,形状比较小的不确定性。交互和探测器系统误差很低因为所有事件被检测到在一个探测器。IBD事件上的基准体积误差也是小由于极端volume-to-surface-area比率的超大探测器。因此,测量的主要误差相关的统计数据和规范化的不确定性。正常化的不确定性是由中子标记效率的不确定性,假定为0.5%,反中微子流量约束描述未来的不确定性。

DAE的运算器CP破坏分析遵循三个步骤。第一,绝对正常化的通量测量加速器附近使用21000 neutrino-electron散射源的探测器,横截面的1%。然后确定来源之间的相对通量规范化使用比较的充电电流。氧气(或探测器碳)的相互作用。相对测量,因为这是一个横截面的不确定性不进来但高数据是很重要的。一旦调查加速器是已知的,那么IBD数据可以适合提取CP违反参数。适合需要包括所有上述系统的不确定性以及物理参数的不确定性。为,,错误是0.005,0.01,和 ,分别。

DAE运算器必须搭配水或闪烁体探测器有自由质子的目标。原来的情况下开发300 kt Gd掺杂水探测器在霍姆斯塔克,配合LBNE [105年]。随后,DAEalu家族被纳入一个程序与50 kt莉娜探测器(106年](称为“DAE(电子邮件保护)”)。本文介绍了一项新的研究中,DAE的地方运算器是搭配Gd-doped 560 kt Hyper-K [26)(“DAE(电子邮件保护)”)。这导致前所未有的CP违逆当“DAE敏感性(电子邮件保护)“数据结合Hyper-K运行数据与750千瓦JPARC梁(“DAE运算器/(电子邮件保护)”)。在这个场景中,JPARC提供一个纯粹的通量,而不是在中微子和反中微子模式下运行。这个戏剧JPARC传统梁的强度,而DAEalu家族提供了一个高的统计数据通量没有污染。总结的假设提供了各种配置方案表5。

CP破坏敏感性估计10年期基准数据集给出了所有的配置表5使用一个符合拉参数为每个系统的不确定性。DAE的运算器配置,所有三个中微子源的数据包括电子和中微子。氧气(或碳)标准化样本。作为一个例子,表6和图14现在总结DAE事件的类别(电子邮件保护)配置。对测量的精度DAE的参数(电子邮件保护)配置表7为(45),总和statistical-only不确定性。分布的不确定性的函数如图15。从这些估计,很明显,即使大Hyper-K探测器,测量主要是统计的不确定性。还估计的测量不确定性提出Hyper-K [26]和伴随着[107年)实验提出的十年运行升级梁强度(0.75 MW HyperK和平均0.85 MW LBNE)如表所示。根据真实价值,DAEalu家族有类似的测量灵敏度但有很不同的系统的不确定性。因此,DAE运算器可以提供关键信息,可以使用与其他实验减少全球测量的不确定性。

DAE的运算器high-statistics反中微子可以结合neutrino-only长基线测量数据提供提高测量的灵敏度。一种可能性是十年neutrino-only运行的(电子邮件保护)结合十年DAE配置(电子邮件保护)曝光。两个实验允许的互补性非常精确搜索CP违反与不确定性估计。对于这个讨论,我们犯同样的假设被用于表6:560年kton Gd-doped水探测器,,(45]。

联合的力量运行如图15。图(15日)分别显示了两个实验的预期。名义上的(电子邮件保护)假设在中微子运行三年的模式下运行。这个数据集将产生绿色钻石表示的不确定性。这是紧随其后的是七年的在反中微子模式下运行。这个数据集,曲线,结果显示绿色符号。一个的力量清楚地看到(电子邮件保护)在中微子运行,正如预期的那样从一个传统的中微子束。结合这两个数据集给出了绿色固体曲线三角形。DAE(电子邮件保护)独自一人,10年的运行,导致固体红色曲线。可以看到,DAE之一(电子邮件保护)有类似的形状(电子邮件保护)反中微子运行的差异从何而来的额外的纯度通量和缺乏大规模反中微子数据样本DAE层次效果运算器。我们提出一个结合起来(电子邮件保护)在与DAE neutrino-mode只运行(电子邮件保护)纯反中微子数据集。结果显示在图15 (b)黑色的曲线。的实验也显示个人的贡献。一个可以看到互补,DAE(电子邮件保护)提供了强大的伸手和(电子邮件保护)提供了强大的伸手。

最后,图16显示了实验的cross-comparison配置表所示5。DAE的结合运算器/ JPARC (nu-only) @Hyper-K配置是两个DAE相比ALUS-only配置使用图中的丽娜和Hyper-K探测器(16日)和(电子邮件保护)并伴随着在图16 (b)。从这个图中,很明显,航空工业集团运算器/ JPARC (nu-only) @Hyper-K配置已经令人印象深刻的敏感性与一个小得多的测量误差相比其他场景。图17显示了一个比较地区一个实验可以通过排除发现CP破坏或在3或5。同样,DAE运算器/ JPARC (nu-only) @Hyper-K实验显然更好的报道。

5.2。其他物理DAE运算器

其他一些潜在的物理机会补充的主要目标测量中微子与DAE CP破坏阶段运算器。这些实验可以位于任何三个回旋的位置。我们提供三个例子。

大型水探测器,用于测量使用电子散射(74年),将互补电子搜索在两个方面。首先,它探索了不同的中微子和反中微子可以引入的新的物理过程。第二,与超高DAE的统计数据运算器的机器,一个依赖资源的分析,而不是速度分析,将成为可能。

搜索出现在高,于是短基线,可以解决LSND[执行61年]和MiniBooNE [78年如果DAE)信号运算器配置使用一个大型闪烁体探测器如莉娜(75年]。在这种情况下,回旋加速器必须位于地下,在数十米的探测器。就像失踪寻找IsoDAR,这项研究搜索的振荡波探测器。因此它将强大的确认sterile-neutrino-related振荡信号作为源的高异常。的通量也可以用于振荡研究通过通道消失(75年]。

最后,发现的中微子DAE散射也是可能的运算器回旋。值得注意的是,一个回旋加速器可以提供一个连贯的发现中微子的来源在地下1.5公里外探测器从源(108年)只有一个小影响这样一个探测器的暗物质搜索曝光。此外,数以百计的连贯的事件可以收集dark-matter-style探测器接近这样一个来源为非标准中微子交互灵敏度。一个敏感、独特neutral-current-based惰性中微子搜索使用一致的事件也可以完成(17]。

6。结论

在Pontecorvo诞辰100周年,中微子物理学是进入一个新的“精确的时代。“为了达到我们的目标在接下来的100年里,需要改进的流量来源。Decay-at-rest来源,由回旋加速器驱动,提供内容定义良好的风味和能量的中微子光束在背景低的范围和知识的横截面是很高的。介绍计划生产同位素和介子/μ介子decay-at-rest来源,开发成一个DAE的一部分运算器的程序。

本文提供了示例的价值追求高精度光束的新物理。特别是,结合DAE新结果ALUS-Hyper-K搜索CP破坏。这项研究表明,混合矩阵参数错误从4%到12%是可以实现的。虽然这个结果是项目的核心,DAEalu家族及其早期阶段计划,IsoDAR,允许广泛的重要测量和搜索。许多例子已经给出,主要关注搜索超越物理学标准模型通过振荡和非标准的交互。这个丰富的新项目的建立是一个很好的方式对于今天的中微子physicists-the知识的后裔Pontecorvo-to庆祝周年。

利益冲突

没有利益冲突的存在,这样的专业判断研究的作者和有效性不受任何形式的次要利益。

确认

作者感谢DAE运算器协作有用的讨论。一些研究报告是在2012年发起艾瑞克国际学校的亚核的物理研讨会,从INFN Eloisatron马约喇纳中心支持的项目,这是由教授。Antonino Zichichi。作者感谢国家科学基金会的支持。从加州大学洛杉矶分校洛杉矶温斯洛支持资金。