Development of an active magnetic field compensation system for experimental searches of physics beyond the Standard Model

开发主动磁场补偿系统，用于标准模型之外的物理实验搜索

• 批准号: 19K23442
• 负责人: 樋口 嵩
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-08-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K23442/
• 关键词: 磁場安定化; 素粒子物理学; 原子核物理学; 超冷中性子; 中性子; 磁場測定; 電気双極子モーメント; 加速器; 基本的対称性

本研究では、TRIUMF研究所における中性子電気双極子モーメント（Electric Dipole Moment, EDM）探索実験のための多次元フィードバックによる動的磁場安定化システムの開発を目指している。目標とする精度における中性子EDM測定には極めて高い磁場の安定度が要求されるが、これを加速器施設内において実現するためには、施設内の背景静磁場や変動磁場を打ち消す補償システムが必要となる。例えば、中性子EDM装置が設置される予定の施設では、サイクロトロンの漏れ磁場による 100 uT オーダーの背景静磁場が存在するうえ、施設内の他の実験の活動や輸送用の天井クレーンの動作による磁場変動が発生する。強い静磁場は外部磁場を遮蔽するための磁気シールドを飽和させる恐れがあるため、補償システムが作り出す磁場によって打ち消す必要がある。またシールドの外側での外部磁場変動はEDM測定中は100 nT 程度までに抑える必要がある。本研究では、中性子EDM実験を行う予定の施設内に存在する環境磁場に即した補償システムを設計し、そのプロトタイプを製作することを目指している。2022年度は、8－11月にTRIUMFに長期滞在し、動的磁場補償の主な対象の一つである天井クレーンについて、一辺5.5mの正方形型コイルと中心付近に配置された6個のフラックスゲート磁束計によるプロトタイプを構築し、動的磁場補償の試験を行った。その結果、PID制御のパラメーターを最適化することで、対象となる補償領域中心付近において、鉛直方向振幅約10 uTの磁場変動を6から7分の1にまで補償することに成功した。長期的にエリアにインストールするシステムについては、2023年11月にインストールする予定であり、それにむけての検討や部品調達を行っている。

This study で は, TRIUMF institute に お け る temper in Electric 気 Dipole モ ー メ ン ト (Electric Dipole Moment, EDM) explore be 験 の た め の multidimensional フ ィ ー ド バ ッ ク に よ る dynamic stabilization of magnetic field シ ス テ ム の open 発 を refers し て い る. Precision of target と す る に お け る temper in determination of EDM に は め extremely high て い の stable magnetic field requirement が さ れ る が, こ れ を accelerator facilities within に お い て be presently す る た め に は や, facilities の background magnetic field - moving magnetic field を play ち す compensate シ ス テ ム が necessary と な る. Example え ば, temper in EDM device が set さ れ る designated の facilities で は, サ イ ク ロ ト ロ ン の れ leakage magnetic field に よ る 100 uT オ ー ダ ー の が background magnetic field exists す る う え, facilities の he の be 験 の activity や conveyor with の patio ク レ ー ン の action に よ る magnetic field - move が 発 raw す る. い strong static magnetic field is を は external shading す る た め の magnetic 気 シ ー ル ド を saturated さ せ る fear れ が あ る た め, compensation シ ス テ ム が as り out す magnetic field に よ っ て play ち す necessary elimination が あ る. The degree of <s:1> 100 nT in the EDM measurement is までに suppressed える necessary がある. Youdaoplaceholder0 またシ ド ド ド <s:1> で external magnetic field variation This study で は, temper in EDM be 験 を line う designated の facilities within に exist す る environmental magnetic field に し た compensation シ ス テ ム を design し, そ の プ ロ ト タ イ プ を making す る こ と を refers し て い る. 2022 annual は, 8 - November に TRIUMF に long-term lag at し, dynamic magnetic field compensation の main な like の a seaborne つ で あ る patio ク レ ー ン に つ い て type, a 5.5 m の 辺 square コ イ ル と center pay nearly に configuration さ れ た six の フ ラ ッ ク ス ゲ ー ト magnetic beam meter に よ る プ ロ ト タ イ プ を build し, dynamic magnetic field compensation の test っ を line Youdaoplaceholder0. そ の results, PID suppression の パ ラ メ ー タ ー を optimization す る こ と で, like と seaborne な る center pay compensation field near に お い て, vertical direction about 10 uT の magnetic field amplitude variations dynamic を 6 か ら 7 points の 1 に ま で す compensation る こ と に successful し た. Long-term に エ リ ア に イ ン ス ト ー ル す る シ ス テ ム に つ い て は, in November 2023 に イ ン ス ト ー ル す る designated で あ り, そ れ に む け て の beg や 検 ministry to the line of を っ て い る.

项目成果

中性子EDM測定のための加速器施設内の環境磁場補償システムの開発

开发用于中子 EDM 测量的加速器设施中的环境磁场补偿系统

• 发表时间: 2020
• 作者: 樋口嵩;TUCAN collaboration
• 通讯作者: TUCAN collaboration

高強度超冷中性子源による中性子電気双極子モーメントの探索

使用高强度超冷中子源寻找中子电偶极矩

• 发表时间: 2022
• 作者: 信川久実子;神農夕奈;Hajime Otsuka;Segawa Yuuko et al.;赤塚 浩明
• 通讯作者: 赤塚 浩明

Production of ultra-cold neutrons at TRIUMF and prospects for a neutron EDM measurement

TRIUMF 超冷中子的生产以及中子 EDM 测量的前景

• 发表时间: 2020
• 作者: Takashi Higuchi

Precision nEDM measurement at TRIUMF

TRUMF 的精密 nEDM 测量

• 发表时间: 2022
• 作者: 赤塚浩明;日野正裕;TUCAN collaboration;S. Kawasaki;T. Higuchi;K. Hatanaka,
• 通讯作者: K. Hatanaka,

Prospects for a neutron EDM measurement with an advanced ultracold neutron source at TRIUMF

TRIUMF 采用先进超冷中子源进行中子 EDM 测量的前景

• DOI: 10.1051/epjconf/202226201015
• 发表时间: 2022
• 期刊: EPJ Web of Conferences
• 作者: Higuchi Takashi;on behalf of the TUCAN collaboration
• 通讯作者: on behalf of the TUCAN collaboration