El Experimento Internacional de Enfriamiento por Ionización de Muones (o MICE , por sus siglas en inglés) es un experimento de física de alta energía en el Laboratorio Rutherford Appleton . El experimento es un experimento reconocido por el CERN (RE11). [1] [2] MICE está diseñado para demostrar el enfriamiento por ionización de muones . [3] Este es un proceso por el cual se reduce la emitancia de un haz 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 una fábrica de neutrinos o un colisionador de muones .
El MICE reducirá la emitancia transversal de un haz de muones en una única celda de enfriamiento de 7 m y medirá esa reducción. El diseño original del MICE se basó en un esquema descrito en el Estudio de viabilidad II. [4] Se revisó significativamente en 2014. [3] Los piones se producirán a partir de un objetivo en la fuente de neutrones ISIS y se transportarán a lo largo de una línea de haz donde la mayoría se desintegrará en muones antes de ingresar al MICE. El enfriamiento se prueba con cristales de hidruro de litio (LiH) o celdas de hidrógeno líquido (LH 2 ), se utilizan imanes para enfocar y analizar el haz de muones. El MICE medirá el rendimiento del enfriamiento 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 se transportarán desde un objetivo que se sumerja en la periferia del haz de protones ISIS, a través de un canal de desintegración de piones, hacia una línea de transporte de muones y luego hacia MICE. Para un uso eficiente de los muones, es deseable tener una correspondencia razonablemente buena entre la línea de luz de transporte y el canal de enfriamiento, con selección realizada en el análisis. Además, la línea de luz debe evitar que los eventos que no sean muones ingresen al canal de enfriamiento. Se espera una velocidad del haz 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 en el extremo distingue los electrones de los muones. [5]
La emisión de muones se mide con detectores de seguimiento de fibra centelleante en un campo magnético de 4 Tesla, tanto antes como 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 emisión.
La celda de enfriamiento principal consta de un absorbedor secundario de LiH, una cavidad de radiofrecuencia (cavidad RF), bobinas para enfocar el haz hacia el absorbedor principal central (LiH o LH 2 ), bobinas magnéticas para enfocar el haz que sale del absorbedor principal, una segunda cavidad de RF y otro absorbedor secundario de LiH.
Si bien los absorbedores secundarios contribuyen al enfriamiento, su propósito principal es detener los electrones liberados en las cavidades de RF. Las cavidades de RF están diseñadas para acelerar los muones. Como no se pueden sincronizar con los muones entrantes, algunos muones se acelerarán mientras que otros se desacelerarán. Las mediciones del tiempo de vuelo permiten un cálculo del campo eléctrico que experimentan los muones en las cavidades.
El absorbedor principal de referencia es un disco de LiH de 65 mm de espesor. Alternativamente, se puede utilizar un recipiente de hidrógeno líquido de 350 mm de longitud.
Los muones pasan a través del canal de enfriamiento uno por uno. Las coordenadas del espacio de fase de los muones se medirán mediante centelleadores de tiempo de vuelo y detectores de seguimiento de fibra centelleante situados antes y después 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 están considerando actualizaciones a una celda de enfriamiento más larga. [6]