1.

COMET

Цамалаидзе З.

02-2-1144-1-2021/2024

Краткая аннотация и научное обоснование:

Процессы с нарушением лептонного числа в секторе заряженных лептонов (CLFV), обеспечивают весомый вклад в поиск новой физики с чувствительностью к параметрам широкого спектра новых физических моделей - SUSY, дублетов Хиггса, дополнительных размерностей и, в частности, моделей, объясняющих иерархию масс нейтрино и асимметрию материи - антиматерии Вселенной через лептогенез. Наиболее чувствительное исследование CLFV обеспечивается экспериментами, которые используют высокоинтенсивные мюонные пучки для поиска переходов CLFV мюона в электрон μ⁺→e⁺γ  (эксперимент MEG в PSI); μ⁺→e⁺e^-e⁺ (эксперимент Mu3e в PSI) и когерентная безнейтринная конверсия мюона в электрон в поле ядра μ^-N→e^-N (эксперимент COMET в J-PARC).

Эксперимент COMET будет реализован в двух фазах, Фаза-I и Фаза-II. Экспериментальная цель чувствительности для этого процесса в Фазе-I эксперимента cоставляет 3.1 × 10^-15, или с 90%-ой вероятностью верхний предел 7 × 10^-15, что в 100 раз превышает существующий предел. Ожидаемое число фоновых событий равно 0,032. Для достижения целевой чувствительности и фонового уровня будет использоваться протонный пучок мощностью 3,2 кВт 8 ГэВ от J-PARC. Два типа детекторов, CyDet и StrECAL, будут использоваться для обнаружения событий преобразования µ-e и для измерения фоновых событий, связанных с пучком, с учетом Фазы-II эксперимента соответственно.

Целью полного эксперимента является SES 2,6×10^-17, которую мы называем Фазой-II. Эта конечная цель чувствительности в 10 000 раз лучше, чем текущий экспериментальный предел B(μ^- + Au → e^- + Au) ≤ 7×10^-13, полученный с помощью SINDRUM-II на PSI.

Ученые ОИЯИ успешно участвуют в подготовительном этапе в эксперименте COMET. Для эксперимента CОМЕТ Фаза – I сотрудники ОИЯИ изготовили и протестировали в соответствии требованиям весь комплект 9.8-миллиметровых строу-трубок, около 2700 шт., а для COMET Фаза – II изготовят весь комплект 5-миллиметровых строу-трубок, примут активное участие в создании всего трекера установки, калориметра и вето-системы CRV, также в сборке и обслуживании детекторов, в анализе данных.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

1. Производство всех строу-трубок. Различные процедуры проверки трубок на давление, утечку газа и удлинение, в соответствии с требованиями COMET.

2. Проведение научно-исследовательских работ по строу-трубкам диаметром 5 мм и толщиной стенки 12 мкм для Фазы-II COMET. Для этой цели мы подготовили новую линию производства строу-трубок в ЛЯП.

3. Сборка, испытания и установка второй и третьей станции строу-трекера для Фазы-I.

4. Изготовление полномасштабной строу-станции для Фазы-I с новым видом строу-трубок.

5. Разработка и оптимизация метода калибровки кристаллов для калориметра, используемого в Фазе I и Фазе II COMET.

6. Сборка, испытания, установка и эксплуатация калориметра.

7. Выполнение полномасштабной программы научно-исследовательской работы по созданию системы CRV, позволяющей определить принципы и параметры ее построения. Изготовление, сборка, тестирование CRV для Фазы-I.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

1. Участие в подготовке, инженерно-физическом запуске Фазы-I.

2. Научно-исследовательская программа по производству строу-трубок с толщиной стенки 12 мкм и диаметром 5 мм. Измерение всех механических свойств и разработка стандартов для контроля качества изготовленных новых строу-трубок диаметром 5 мм.

3. Завершение сборки, испытаний, калибровки, установки, испытаний космикой и технического обслуживания 2-3 станций строу-детектора для Фазы-I.

4. Производство строу-трубок (около 1000 шт.) для полномасштабного прототипа.

5. Изготовление и сборка полномасштабной строу-станции в ОИЯИ с новыми трубками (12 мкм, 5 мм).

6. Подготовка для массового производства и испытания строу-трубок для Фазы-II.

7. Разработка и оптимизация метода калибровки кристаллов для калориметра COMET с учетом особенностей эксперимента: наличие магнитного поля и калориметра высокого разрешения.

8. Участие в сборке, монтаже, испытаниях космикой и техническом обслуживании калориметра.

9. Участие в сборке и тестировании CRV для Фазы-I.

10. Участие в испытаниях пучком компонентов детектора для Фазы I.

11. Моделирование комплексной детекторной системы (трекер, калориметр и т.д.).

12. Участие в инженерно-физических работах в Фазе-α.