El Experimento Internacional de Enfriamiento por Ionización de Muones (o MICE ) es un experimento de física de alta energía en el Laboratorio Rutherford Appleton . El experimento es un experimento reconocido del CERN (RE11). [1] [2] MICE está diseñado para demostrar el enfriamiento por ionización de muones . [3] Este es un proceso mediante el cual la emitancia de un haz se reduce para reducir el tamaño del haz, de modo que se puedan acelerar más muones en aceleradores de apertura más pequeña y con menos imanes de enfoque. Esto podría permitir la construcción de aceleradores de muones de alta intensidad, por ejemplo para su uso como fábrica de neutrinos o colisionador de muones .
MICE reducirá la emitancia transversal de un haz de muones en una sola celda de enfriamiento de 7 m y medirá esa reducción. El diseño MICE original se basó en un esquema descrito en el Estudio de Viabilidad II, [4] y se revisó significativamente en 2014. [3] Los piones se producirán a partir de un objetivo en la fuente de neutrones de ISIS y se transportarán a lo largo de una línea de luz donde la mayoría se desintegrará. a muones antes de entrar en MICE. El enfriamiento se prueba con cristales de hidruro de litio (LiH) o células de hidrógeno líquido (LH 2 ), y se utilizan imanes para enfocar y analizar el haz de muones. MICE medirá el rendimiento de refrigeración en un rango de momentos del haz entre aproximadamente 150 y 250 MeV/c.
La línea de luz de muones MICE proporciona un haz de muones de baja intensidad para MICE. Los piones serán transportados desde un objetivo que se sumerge en la franja del haz de protones de ISIS, a través de un canal de desintegración de piones, a una línea de transporte de muones y luego a MICE. Para un uso eficiente de los muones, es deseable tener una coincidencia razonablemente buena entre la línea de transporte y el canal de enfriamiento, realizándose la selección en el análisis. Además, la línea de luz debe impedir que eventos no muónicos entren al canal de enfriamiento. Se espera una velocidad de emisión de unos pocos cientos de muones por segundo.
MICE combina sistemas para identificar, rastrear, dirigir y enfriar muones. [3]
Para rechazar el fondo de piones y electrones, los detectores Cerenkov y los detectores de tiempo de vuelo son los componentes más externos del experimento. Un calorímetro al final distingue los electrones de los muones. [5]
La emitancia de muones se mide con detectores de seguimiento de fibras centelleantes en un campo magnético de 4 Tesla antes y después de la celda de enfriamiento principal. Se puede colocar un difusor delante del primer detector de seguimiento para estudiar el enfriamiento de haces de muones con mayor emitancia.
La celda de enfriamiento principal consta de un absorbente secundario de LiH, una cavidad de radiofrecuencia (cavidad de RF), bobinas para enfocar el haz en el absorbente principal central (LiH o LH 2 ), bobinas magnéticas para enfocar el haz que sale del absorbente principal, un segundo Cavidad de RF y otro absorbente secundario de LiH.
Si bien los absorbentes secundarios contribuyen al enfriamiento, su objetivo principal es detener los electrones liberados en las cavidades de RF. Las cavidades de RF están diseñadas para acelerar los muones. Como no pueden sincronizarse con los muones entrantes, algunos muones se acelerarán mientras que otros se desacelerarán. Las mediciones del tiempo de vuelo permiten calcular el campo eléctrico que experimentan los muones en las cavidades.
El absorbente principal básico es un disco de LiH de 65 mm de espesor. Alternativamente, se puede utilizar un recipiente de hidrógeno líquido de 350 mm de largo.
Los muones pasan a través del canal de enfriamiento uno por uno. Las coordenadas espaciales de fase de los muones se medirán mediante centelleadores de tiempo de vuelo y detectores de seguimiento de fibras centelleantes aguas arriba y aguas abajo del canal de enfriamiento. Los muones se distinguirán de otras partículas en el haz utilizando una combinación de espectrómetros y los llamados detectores de identificación de partículas (PID), tres centelleadores de tiempo de vuelo, un detector Cerenkov y un calorímetro.
A partir de 2017, MICE está tomando datos y se consideran actualizaciones a una celda de enfriamiento más larga. [6]