Transcript Document

Joint Institute for Nuclear Research
International Workshop
NICA-SPIN 2013
March 18 –19, 2013, Dubna, Russia
Control of Beam Polarization
at the NICA Collider
A.M. Kondratenko2 , A.D. Kovalenko1, M.A. Kondratenko2 ,
Yu.N. Filatov1,3 and V.A. Mikhaylov1
1Join
Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia
Science and Technique Laboratory Zaryad, Novosibirsk, Russia
3Moscow Institute of Physics and Technology, Dolgoprydny, Russia
2
Polarization control scheme in the Collider
with spin tune  = 0
If the two identical Siberian Snakes will be inserted in the opposite straight
sections of the collider, then the spin tunes is equal to zero for any energies.
This case is analogues to the figure “8” shape collider in Jefferson Lab
Blue arrows are the case of
longitudinal polarization in SPD
Red arrows are the case of
vertical polarization in SPD
Polarization in MPD in these
cases is laying in the plane (zy)
Any arbitrary polarization direction of the particle is repeated after each
turn. Thus, the possibility to stabilize any direction of the polarization at
any point of the particle orbit by means of a small longitudinal field for
different particle species is occurred.
A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
NICA-SPIN’2013, Dubna, 18-19 March, 2013
Polarization control scheme in the Collider
with spin tune  = 0
Solenoid-based Siberian Snake
(B||L)max=425 Tm (protons)
(B||L)max=480 Tm (deuterons)
Solenoids with stationary fields of Bmax~1517 T can be used to
obtain necessary integrals of longitudinal fields. Length of each
solenoid can be limited to 4  5,5 m even in the case of deuterons.
A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
NICA-SPIN’2013, Dubna, 18-19 March, 2013
Polarization control in the Collider by means
of small longitudinal field integrals



SSPD  sin ey  cosez
 z1  2
sin( y  )
sin  y
sin 
 z 2  2
sin  y
 zi  1 G 
B L
||
B
i
 z1 ,  z 2
are the spin rotation angles in the solenoids
 y  G is the spin rotation angle between the solenoids
 is the orbit rotation angle between the solenoids
 is the angle between the polarization and velocity directions
A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
NICA-SPIN’2013, Dubna, 18-19 March, 2013
Polarization control in the Collider by means
of small longitudinal field integrals
The scheme makes it possible:
 to provide polarization control of different
particles (p,d,3He,…);
 to provide any direction of polarization in the
particle orbit plane within the arcs (important for
spin matching at injection, for polarimetry as well);
 to provide any direction of polarization in the
vertical plane (zy) in the both collider detectors;
 realization of Spin Flipping System
 to avoid the closed orbit local displacement
A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
NICA-SPIN’2013, Dubna, 18-19 March, 2013
Polarization control in the Collider by means
of small longitudinal field integrals
Inserts for proton
and deuteron
polarization control
  3,5

A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
  3,5
NICA-SPIN’2013, Dubna, 18-19 March, 2013
Polarization control in the Collider by means
of small longitudinal field integrals
A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
NICA-SPIN’2013, Dubna, 18-19 March, 2013
The solenoid coupling compensation
for half Siberian Snake
1 ,  2 are angles between quadrupole normal and vertical accelerator axis
ki  Gi / B, [m-2 ]
Gi  By / x is quadrupole gradient
LS, m
2,4
L1, m L2, m L, m
1
2
0,15
45
36
0,7
0,10
B  45T  m
B||L||,Tm B||, T k1, m-2 k2, m-2 G1, T/m G2, T/m
protons
25
5,2
0,56
0,89
25
40
deuterons
80
16,6
1,1
1,4
48
63
A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
NICA-SPIN’2013, Dubna, 18-19 March, 2013
The solenoid coupling compensation
for polarization control
1 ,  2 are angles between quadrupole normal and vertical accelerator axis
ki  Gi / B, [m-2 ]
Gi  By / x is quadrupole gradient
LS, m
L1, m L2, m L, m
0,40
0,30
0,30
0,10
1
2
37,8 31,5
B  45T  m
B||L||,Tm B||, T k1, m-2 k2, m-2 G1, T/m G2, T/m
0,5
0,63
A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
0,12
0,73
5,5
33
NICA-SPIN’2013, Dubna, 18-19 March, 2013
ВЫВОДЫ
 Предложен уникальный метод управления поляризацией любых
частиц в коллайдере NICA. С помощью двух сибирских змеек со
стационарным продольным полем обеспечивается спиновая частота
равная нулю на энергии эксперимента. Требуемые места для
размещения соленоидальных сибирских змеек составляют 47 м
 Следует особо отметить возможность управления поляризацией
дейтронов. На сегодня, в диапазоне энергий коллайдера, были
получены пучки дейтронов лишь с вертикальной (поперечной к
скорости) поляризацией.
 Крайне важной для экспериментов является реализация Spin
Flipping систем.
 Появляется уникальная возможность создания «идеального»
коллайдера в реальной магнитной структуре. Направление
поляризации контролируется предельно малыми интегралами полей.
Это позволит проводить эксперименты с поляризованными пучками с
рекордно высоким уровнем точности. Например, проводить
эксперименты по точному измерению характеристик частиц и
античастиц. Станет реальным проведение «фантастических»
экспериментов об обнаружении дипольных моментов частиц и т.д.
A.M.Kondratenko A.D.Kovalenko,Yu.N.Filatov,
M.A.Kondratenko, V.A. Mikhaylov
SPIN’2012, Dubna, 17-22 September, 2012
Thank you for your attention!