CHƯƠNG 3: TÌM KIẾM ĐƠN CỰC TỪ TRONG MÁY GIA TỐC
3.2 Mô hình thí nghiệm gián tiếp:
21T
( Đơn cực từ được dò tìm sau khi được tạo ra một khoảng thời gian rất dài)
21T
Giả thiết rằng đơn cực từ được tạo ra có thể bị chặn lại, mắc kẹt và bị giới hạn trong vật chất xung quanh vùng va chạm, thường là các tấm bảng làm bằng vật liệu sắt từ. Sau đó các tấm bảng được đặt trong các xung từ trường mạnh để gia tốc cho các đơn cực từ tách ra khỏi các tấm bảng sắt từ. Đơn cực từ sau đó được phát hiện bằng các kỹ thuật dò khác nhau như SQUID, NTDs, nhũ tương hoặc các máy dò dấu vết đơn cực khác. Sau đây là mô hình của một số thí nghiệm bố trí theo mô hình gián tiếp.
•21TThí nghiêm thực hiện tại CERN-ISR năm 1978 [21].
21TGiả định rằng đơn cực từ được sinh ra trong va chạm proton-proton
21T
trong buồng chân không sẽ tương tác và bị dữ lại trong các tấm bảng làm bằng sắt từ được bố trí xung quanh vùng va chạm như hình 3.7
21T
21T
Sau đó tất cả các tấm bảng đơn cực và buồng chân không được chuyển đến Fermilab, tại đó chúng được cắt thành các mẫu có kích thước nhỏ hơn 21T 21Tvà được đặt vào bên trong một cái họp đồng rồi chèn vào một solenoid siêu dẫn 80 kG, dài 50cm. Tại đây đơn cực từ Dirac sẽ được gia tốc đến năng lượng khoảng chừng 80 GeV trong từ trường của solenoid. Các đơn cực từ được dò bằng các tấm chắn scintillator rất mỏng như hình 3.8. Kết quả không tìm thấy đơn cực nào.
21T
Hình 3.8: hệ thống dò đơn cực
•21TThí nghiệm tìm kiếm đơn cực từ dán tiếp thực hiện tại DESY HERA [7]
21T
Thí nghiệm thực hiện va chạm 21T 21Tở năng lượng 300 GeV , đơn cực từ có spin 0 giả định được sinh ra từ tương tác đàn hồi photon - photon bức xạ từ electron và proton
21T 21Tvà đơn cực từ có spin ½ giả định được sinh ra từ tương tác photon-photon không đàn hồi, một photon bức xạ từ electron một photon bức xạ từ quark nằm trong proton
21T 21T(với X là trang thái bất kỳ).
21T
Đơn cực từ sinh ra bị chặn lại trong ống dẫn tia bằng nhôm bao quanh vùng va chạm trong những năm 1995-1997, sau đó ống dẫn được cắt thành những dãi mỏng rồi cho qua một cuộn dây siêu dẫn kết hợp với SQUID để kiểm tra sự tồn tại của đơn cực từ.
21T
Ống dẫn bao quanh điểm qua chạm có đường kính 0.9 cm và bề dày 1.7 mm trong phạm vi – 0.3 < z < 0.5m và đường kính 11.0 cm và bề dày 2mm trong phạm vi 0.5 < z< 2m. Trong suốt quá trình HERA hoạt động nó được nhúng trong từ trường solenoid 1.15 T
có phương song song với ống dẫn, dọc theo trục z. Chiều dài của ống phủ kín đoạn -0.3 < z <2.0 m, được cắt thành 45 dãi dọc theo chiều dài mỗi dãi có chiều dài trung bình 537 mm. Vùng trung tâm ( - 0.3 < z < 0.3 m) được cắt thành 15 dãi dài, rộng 18 mm, hai trong số chúng được chia nhỏ hơn thành 32 đoạn ngắn chiều dài biến thiên từ 1 đến 10 cm. Vùng xuôi dòng ( 0.3 < z < 2.0 m) được chia thành 3 phần dọc theo chiều dài mỗi phần được cắt thành 10 dãi dài có bề dày 32 mm.
21T
Hình 3.9: Dãi nhôm
21T
Các dãi nhôm dài và được đưa qua dọc máy dò từ trường tại trung tâm Southampton Oceanography, UK. Đó là một thiết bị với tính nhạy cao thường được sử dụng để đo từ dư trong các mẫu đá, gồm có ba cuộn dây siêu dẫn đường kính 8.1 cm, có trục song song với băng tải vận chuyển và được định hướng theo phương ngang. Các phần của các dãi nhôm được đưa qua máy dò từ theo từng bước cách quãng, tạm ngưng sau mỗi bước, sau khi dòng trong vòng siêu dẫn được đo. Dòng liên tục dư sau khi một mẫu hoàn tất đường đi qua vòng được đo bằng sự khác biệt giữa dòng trước và sau khi mẫu đi qua. Số ghi của mỗi mẫu được lặp lại vài lần. Với thiết bị này bất kỳ một đơn cực thật sự nào bị mắt kẹt trong ống dẫn đều có thể cho một dòng nhất quán và có thể lặp lại được.
21T
Hình 3.10: Sơ đồ thể hiện nguyên tắc của phương pháp siêu dẫn. Băng tải chuyển động theo từng bước khoảng 5 cm cho đến khi mẫu thí nghiệm hoàn tất đoạn đường qua cuộn dây
siêu dẫn. Mỗi một bước băng truyền dừng lại 1s trước khi dòng trong cuộn siêu dẫn được đọc để tránh tác động của các dòng xoáy. Thời gian của mỗi bước là 3s.
21T
Số liệu từ các vòng dây cho thấy dường như không có sự thay đổi bất thường nào được quan sát, các chỉ số được tìm thấy trước sau như một, cho thấy không có đơn cực mắc kẹt nào tồn tại.
21T
Hình 3.11: Các dòng liên tục được đo sau khi đi qua máy dò từ, đồ thị một số mẫu lấy từ hai dãi từ ống dẫn trung tâm được cắt ra thành nhiều phần ngắn.