Автореферат (1149462)
Текст из файла
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТНа правах рукописиЗЮЗИН Денис ВладимировичИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ СПИНА ВНАКОПИТЕЛЬНОМ КОЛЬЦЕ ПО ОБНАРУЖЕНИЮЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДИПОЛЬНОГО МОМЕНТА05.13.18 — математическое моделирование,численные методы и комплексы программ05.13.01 — системный анализ, управление и обработка информации(по прикладной математике и процессам управления)АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург2015Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственныйуниверситет».Научныеруководители:доктор физико-математических наук, профессорСеничев Юрий Валерьевичдоктор физико-математических наук, профессорАндрианов Сергей НиколаевичОфициальныеоппоненты:доктор физико-математических наук, профессорФлегонтов Александр Владимирович,заведующий кафедрой информационных систем и программного обеспечения Российского государственногопедагогического университета им. А.
И. Герценакандидат физико-математических наукАртамонов Станислав Александрович,старший научный сотрудник Петербургского институтаядерной физики им. Б. П КонстантиноваВедущаяорганизация:Объединенный институт ядерных исследований(Лаборатория физики высоких энергий имениВ. И. Векслера и А. М. Балдина),г. Дубна, Московская областьЗащита состоится 25 февраля 2015 г.
в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.232.50 по защите диссертаций на соискание ученойстепени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук приСанкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504,г.
Санкт-Петербург, Петродворец, Университетский пр., д. 35, ауд. 327.Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просьба присылать по адресу:198504, г. Санкт-Петербург, Петродворец, Университетский пр., д. 35, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.232.50 Г. И. Курбатовой.С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им. М. Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9.Автореферат и диссертация размещены на сайте www.spbu.ru.Автореферат разослан «» декабря 2014 г.Ученый секретарь диссертационного советадоктор физ.-мат.
наук, профессорГ. И. КурбатоваОбщая характеристика работыАктуальность работы. Поиск электрического дипольного момента(ЭДМ) элементарных частиц является предметом многочисленных экспериментальных исследований. Это связано с тем, что Стандартная модель(СМ) физики элементарных частиц предсказывает крайне малые величины ЭДМ, например ЭДМ нейтрона |dn | ∼ 10−32 ÷ 10−31 e · см, ЭДМ электрона |de | ∼ 10−40 e · см, ЭДМ мюона |dµ | < 10−38 e · см, что лежит вне пределов достижимой на настоящий момент экспериментальной точности. Вто же время, разработанные физические теории за пределами Стандартной модели (так называемые теории «Новой физики») предсказываютвеличины ЭДМ на порядки большие, чем предсказания СМ.
Обнаружение ЭДМ элементарных частиц послужит подтверждением теорий Новойфизики и, в конечном счете, даст ключ к разгадке тайны образованияВселенной. В настоящее время проводится множество экспериментов поизмерению ЭДМ элементарных частиц, например эксперименты по измерению ЭДМ на ультрахолодных нейтронах, проводимые в ILL 1 , FRM-II2 ,ПИЯФ3 ; эксперименты по измерению ЭДМ электрона в ICL4 , используямолекулы YbF, в Гарварде, используя молекулы ThO, и другие. В различных лабораториях планируются эксперименты по измерению ЭДМдругих элементарных частиц.Несмотря на прикладываемые усилия, ЭДМ ни одной элементарнойчастицы до сих пор не был обнаружен, хотя точность проводимых экспериментов значительно улучшилась. На настоящее время верхние пределы ЭДМ для различных частиц измерены со следующей точностью: дляэлектрона |de | < 10−29 e·см, для нейтрона |dn | < 2.9·10−26 e·см, для мюона|dµ | < 1.8 · 10−19 e · см, для протона |dp | < 5.4 · 10−24 e · см.
Сложность измерения столь малых величин заключается в том числе и в необходимостинакопления достаточного количества статистических данных, чтобы обеспечить приемлемый уровень достоверности. В 2004 году для измерения1 ILL— Institute Laue-Langevin — Институт Лауэ-Ланжевена, Гренобль, Франция— Forschungsreaktor München II — Исследовательский реактор в Мюнхене,Германия3 ПИЯФ — Петербургский институт ядерной физики им. Б.
П. Константинова, Гатчина, Россия4 ICL — Imperial College London — Имперский колледж Лондона, Великобритания2 FRM-II3ЭДМ протона предложен метод, получивший название метода «замороженного спина». Он основан на том факте, что спин частицы с определенной («магической») энергией в накопительном кольце, состоящем толькоиз электростатических элементов, изменяет свое значение («поворачивается») только за счет ЭДМ, взаимодействующего с электрическим полем.Для измерения ЭДМ протона предложено сконструировать электростатическое кольцо с радиусом ∼ 40 м и электрическим полем ∼ 10 МВ/ммежду пластинами, разделенными на ∼ 3 см.
В кольцо инжектируется пучок с горизонтальной поляризацией, а при длительном удержании пучкапротонов в кольце появляется вертикальная поляризация из-за ЭДМ, которую можно измерить при помощи высокоточного поляриметра. В этомэксперименте планируется достигнуть точности в измерении ЭДМ протона на уровне 10−29 e · см, что значительно превосходит точность предыдущих экспериментов. Для измерения ЭДМ с указанной точностью в накопительном кольце требуется обеспечить сохранение поляризации пучка втечение длительного времени (порядка тысячи секунд, что соответствует∼ 109 оборотов пучка в ускорителе).Преимуществом использования накопительного кольца для измеренияЭДМ является тот факт, что в кольце одновременно находится большоеколичество частиц, таким образом происходит быстрое накопление статистических данных.
В качестве предварительного эксперимента по обнаружению ЭДМ в IKP5 предложено провести эксперимент на базе ускорительного комплекса COSY6 . Для измерения ЭДМ в кольце COSY вускоритель инжектируется пучок частиц с вертикальной поляризацией, аза счет встроенного в кольцо элемента, создающего горизонтальное электрическое ВЧ-поле, происходит резонансная раскачка горизонтальной поляризации пучка, которая измеряется поляриметром.Разработка ускорителя подразумевает изучение динамики пучка перед этапом технического проектирования. Таким образом, исследование5 IKP — Institut für Kernphysik, Forschungszentrum Jülich — Институт ядерной физики исследовательского центра г. Юлих, Германия6 COSY — Cooler Synchrotron — Охлаждающий синхротрон4динамики спин-орбитального движения является актуальной задачей физики пучков.Целью диссертационной работы является разработка проблемноориентированной системы управления динамикой частиц в циклическомускорителе, предназначенного для измерения электрического дипольногомомента элементарных частиц.
Для достижения поставленной цели былисформулированы следующие задачи:1) провести системный анализ, моделирование и оптимизацию управляющего поля пучком частиц с учетом поляризационных эффектовс целью построения эффективной математической модели ускорителя;2) разработать структуру программных модулей, реализующих математическую модель и выполнить программную реализацию соответствующей проблемно-ориентированной системы;3) провести серию численных экспериментов с целью оптимизации разработанной модели, для чего разработать программное обеспечение,реализующее предложенные модели, методы, алгоритмы, и методику;4) разработать алгоритмическое обеспечение поддержки принятия решений в процессе процесса моделирования, основанное на предоставлении адекватной графической информации;5) исследовать особенности влияния управляющих параметров ускорителя с целью оптимизации длительной эволюции пучка частиц(за времена порядка тысячи секунд — более 109 оборотов) с учетомполяризационных эффектов;6) исследовать эффекты декогеренции спина в электростатическом кольце.Методами исследования являются методы математического и компьютерного моделирования и численного эксперимента.Научная новизна.
Впервые исследован метод поиска ЭДМ протонас использованием электростатического накопительного кольца, а такжеметод резонансного измерения ЭДМ в магнитном кольце. Исследованы5эффекты декогеренции спина частиц из-за влияния различных факторов. Разработан комплекс программ, предназначенный для численногомоделирования спин-орбитальной динамики пучков и анализа полученных данных. Все представленные в диссертационной работе результатыи положения являются новыми.Практическая ценность работы. Разработанный комплекс программ используется при изучении поведения пучков в ускорителях заряженных частиц в Институте ядерной физики IKP.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
