Bekerja dalam cahaya teduh pada model standar fisika partikel

Perbedaan medan magnet umum, seperti pemetaan melalui troli ke lokasi berbeda di ring penyimpanan uji Muon G-2, ditunjukkan dalam bagian per juta. Kredit: Laboratorium Nasional Argonne

Pemetaan medan magnet untuk uji Muon G-2 dari rumus.

Saat para ilmuwan menunggu hasil pendahuluan yang sangat diantisipasi dari tes Muon G-2 di Laboratorium Akselerator Nasional Fermi dari Departemen Energi AS (DOE), DOE terus menggunakan dan memelihara sistem unik pemetaan medan magnet bekerja sama dengan para ilmuwan di Laboratorium Nasional Argonne. Bereksperimen dengan akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya.

Ilmuwan Argon telah meningkatkan sistem pengukuran, menggunakan proyek komunikasi canggih dan deteksi medan magnet baru serta elektronik untuk memetakan medan melintasi cincin keliling 45 meter eksperimental.

“Ada penyimpangan besar antara pengukuran Brookaven dan prediksi teoritis, dan jika kita mengkonfirmasi signifikansi ini, itu akan menunjukkan keberadaan partikel yang ditemukan.” – Simon Corrody, Penunjukan Pascadoktoral di Departemen HP Organen

Eksperimen yang dimulai pada tahun 2017 dan berlanjut hingga saat ini, dapat memberikan hasil yang luar biasa di bidang fisika partikel. Sebagai tindak lanjut dari tes sebelumnya di DOE’s Brookhaven National Laboratory, ia memiliki kekuatan untuk mengkonfirmasi atau mengabaikan hasil sebelumnya yang dapat menjelaskan validitas bagian dari model standar yang berlaku dalam fisika partikel.

Mengukur kuantitas presisi tinggi dalam pengujian penting untuk menghasilkan hasil yang bermakna. Jumlah perhatian utama adalah faktor-G Bulan, sebuah properti yang mengidentifikasi sifat magnetik dan mekanik kuantum partikel.

Model standar telah memprediksi dengan sangat jelas nilai faktor-G Bulan. “Karena teori dengan jelas memprediksi angka ini, menguji faktor G melalui eksperimen adalah cara yang efektif untuk menguji teori tersebut,” kata Simon Crowdy, perekrut pascadoktoral di Departemen Fisika Energi Tinggi (HEP) Argoner. “Ada penyimpangan besar antara pengukuran Brookaven dan prediksi teoritis, dan jika kita mengkonfirmasi signifikansi ini, itu akan menunjukkan keberadaan partikel yang ditemukan.”

Misalnya, poros berputar bumi memberikan predisposisi – artinya kutub bergerak perlahan dalam lingkaran – untuk berputar berputar, sebuah versi gerakan sudut kuantum, memproses di hadapan medan magnet. Gaya medan magnet yang mengelilingi bulan mempengaruhi kecepatan bulan yang lebih disukai putarannya. Ilmuwan dapat menentukan faktor G bulan dengan mengukur tingkat prioritas putaran dan kekuatan medan magnet.

Semakin tepat pengukuran awal ini, semakin pasti hasil akhirnya. Ilmuwan akan mencapai pengukuran lapangan secara akurat di bagian0 miliar. Tingkat akurasi ini memungkinkan penghitungan akhir faktor-G menjadi empat kali lebih akurat daripada akurasi hasil pengujian Brookven. Jika nilai yang diukur secara eksperimental berbeda secara signifikan dari nilai model standar yang diharapkan, ini mungkin menunjukkan adanya partikel yang tidak diketahui yang keberadaannya mengganggu medan magnet lokal di sekitar bulan.

Naik troli

Selama pengumpulan data, medan magnet berputar di sekitar cincin besar berongga dalam berkas bulan. Untuk memetakan kekuatan medan magnet di seluruh ring dengan resolusi dan akurasi tinggi, para ilmuwan merancang sistem troli untuk melakukan probe pengukuran di sekitar ring dan mengumpulkan data.

Troli Eksperimen Formilab Moon G-2

Sistem troli terintegrasi penuh dengan roda dan pembaca barcode eksternal baru untuk memasang rel untuk pengukuran posisi yang akurat. Cangkang silinder sepanjang 50cm membungkus probe 17nmr dan pembacaan dan kontrol elektronik yang dibuat khusus. Kredit: Laboratorium Nasional Argonne

Universitas Heidelberg mengembangkan sistem troli untuk uji Brocaven, dan ilmuwan argon mengganti perangkat ini dengan elektronik baru. Selain 378 probe yang dipasang di ring untuk pemantauan penyimpangan lapangan secara teratur, troli berisi 17 probe yang secara berkala mengukur medan dengan resolusi lebih tinggi.

“Setiap tiga hari, troli mengelilingi ring di kedua sisi, melakukan sekitar 9.000 pengukuran di setiap investigasi dan arah,” kata Crowdy. “Kami kemudian mengukur potongan-potongan medan magnet dan kemudian cincinnya untuk membuat peta 3D penuh.”

Para ilmuwan mengetahui lokasi yang tepat dari ring trolley dari pembaca barcode baru yang mencatat tanda-tanda di bawah ring saat berputar.

Untuk memfasilitasi erosi bulan yang terkontrol, cincin diisi dengan ruang hampa untuk menghemat ruang di dalam cincin, garasi yang dipasang ke cincin, dan troli yang disimpan dalam pengukuran vakum. Mengotomatiskan proses bongkar muat troli di dalam ring mengurangi risiko ilmuwan berkompromi dengan ruang hampa dan medan magnet dengan berkomunikasi dengan sistem. Mereka telah mengurangi konsumsi daya elektronik troli untuk membatasi panas yang masuk ke sistem, yang jika tidak mengganggu keakuratan pengukuran lapangan.

Para ilmuwan merancang troli dan garasi untuk beroperasi tanpa mempengaruhi medan magnet cincin yang kuat. “Kami menggunakan motor yang bekerja di medan magnet yang kuat dan dengan tanda tangan magnet yang minimal, dan motor menggerakkan troli secara mekanis menggunakan string,” kata Crowdy. “Ini mengurangi kebisingan pengukuran lapangan yang diperkenalkan oleh alat.”

Sistem ini menggunakan bahan magnet sesedikit mungkin, dan para ilmuwan menggunakan tes magnet untuk menguji jejak magnet setiap elemen. Universitas Washington Dan argon untuk menampilkan tanda tangan magnetik keseluruhan dari sistem troli.

Kekuatan komunikasi

Salah satu dari dua kabel yang menarik troli di sekitar ring juga berfungsi sebagai kabel daya dan komunikasi antara stasiun kontrol dan probe pengukuran.

Untuk mengukur lapangan, para ilmuwan mentransmisikan frekuensi radio ke 17 probe troli melalui kabel. Putar putaran molekul dalam medan magnet di dalam probe frekuensi radio. Frekuensi radio kemudian dinyalakan pada saat yang tepat, sehingga putaran molekul air diproses. Metode ini disebut resonansi magnetik atom (NMR).

Inisialitas putaran probe tergantung pada medan magnet cincin, dan digitizer di troli mengubah frekuensi radio analog menjadi beberapa nilai digital dengan berkomunikasi melalui kabel ke stasiun kontrol. Di stasiun kendali, para ilmuwan menganalisis data digital untuk menciptakan frekuensi presisi putaran dan memetakan medan magnet sepenuhnya dari sana.

Selama pengujian Brookaven, semua sinyal ditransmisikan secara bersamaan melalui kabel. Namun, karena konversi dari sinyal analog ke digital dalam pengujian baru, lebih banyak data yang harus melalui kabel, dan peningkatan kecepatan ini dapat mengganggu frekuensi radio yang diperlukan untuk mengukur probe. Untuk mencegah gangguan ini, para ilmuwan memisahkan sinyal secara tepat waktu, beralih antara sinyal frekuensi radio dan komunikasi data antar kabel.

“Kami menghubungkan probe ke sinyal analog dengan frekuensi radio, dan kami menggunakan sinyal digital untuk mengkomunikasikan data. Kabel beralih di antara dua mode ini setiap 35 milidetik,” kata Crody.

Teknik peralihan antar sinyal yang berjalan melalui kabel yang sama disebut “penggandaan pembagian waktu”, dan ini membantu para ilmuwan untuk tidak hanya mencapai spesifikasi. Ketepatan, Tapi tingkat suaranya. Peningkatan ke tes Brookaven memungkinkan multiplexing segmen waktu untuk keterampilan baru dalam pemetaan resolusi tinggi dan analisis data medan magnet.

Hasil yang akan datang

Baik sistem pemetaan lapangan NMR dan kontrol kecepatannya berhasil diperkenalkan di Formilab dan beroperasi dengan andal selama tiga hari pertama pengujian.

Para ilmuwan telah mencapai akurasi yang belum pernah terjadi sebelumnya untuk pengukuran lapangan dalam uji Maon G-2, seperti catatan keseragaman medan magnet cincin. Para ilmuwan saat ini sedang menganalisis data untuk putaran pertama tahun 2018 dan mereka berharap dapat melihat hasilnya pada tahun 2020.

Para ilmuwan telah mendeskripsikan pengaturan kompleks secara rinci dalam makalah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal Jurnal Instrumentasi.

Referensi: S. Cordia, P. D. Lurziva, D. Flab, J. Granji, R. Honga, de Kaolab, “Desain dan Kinerja Sistem Pemetaan Medan Magnet dalam Vakum untuk Pengujian Muon G-2”, m. Oberlinga, s. Ramachandran dan hal. Winterra, 4 November 2020, Jurnal Instrumentasi.
DOI: 10.1088 / 1748-0221 / 15/11 / P11008

Studi ini didanai oleh DOE’s Office of Science, High Energy Physics (HP). The Formilab Particle Accelerator Complex adalah fasilitas pengguna DOE Office of Science.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

36 galaksi kerdil secara bersamaan memiliki “baby boom” bintang baru

Penemuan tak terduga Rutgers menantang teori modern tentang bagaimana galaksi tumbuh, dan dapat meningkatkan pemahaman kita tentang alam semesta. Penulis: Universitas Rutgers-New Brunswick Sungguh...

Banyak pasien dengan COVID-19 menghasilkan respons imun yang menyerang jaringan dan organ mereka sendiri.

Sebuah studi yang dipimpin oleh University of Birmingham, yang didanai oleh Konsorsium Imunologi Coronavirus Inggris, menemukan bahwa banyak pasien dengan COVID-19 menimbulkan respons kekebalan...

Sains mudah dibuat: apa itu neutrino steril?

Neutrino steril adalah jenis neutrino khusus yang telah diusulkan untuk menjelaskan beberapa hasil eksperimen yang tidak terduga, tetapi belum ditemukan secara pasti. Para...

Kekeringan jangka panjang mengambil alih AS bagian barat – Tanah dan tanaman berjatuhan

5 Juni 2021 Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda sebagian besar wilayah Amerika Serikat dari Pegunungan Rocky hingga Pantai Pasifik. Untuk tahun kedua berturut-turut, kekeringan melanda...

Energi matahari dan angin dapat meredakan konflik di sekitar bendungan Renaisans Ethiopia di timur laut Afrika

Megaplatinum terletak di Ethiopia, dekat perbatasan dengan Sudan. Ini adalah pembangkit listrik tenaga air terbesar di Afrika. Penulis: © Google Sebuah studi baru...

Newsletter

Subscribe to stay updated.