PTOLEMY 实验中减速电子 E×B 漂移的演示

为了以 50 meV 的能量分辨率解析有效中微子质量 $m_\beta$，PTOLEMY 实验提出了一种新型横向电磁滤波过程。通过抵消 ${\bf E} \times {\bf B}$ 和 $\nabla{\rm B}$ 漂移的运动来大幅降低氚 $\beta$ 衰变电子的动能，PTOLEMY 滤波器需要输入发射电子的运动学信息，以生成针对每个候选粒子的定制化合适电场。该合作组提出利用天线观测发射的回旋辐射的相对论频移，以提取这些物理量，当电子在滤波器前的均匀磁场区域中经历 ${\bf E} \times {\bf B}$ 漂移时。电子必须在该区域中停留足够长时间，以接收足够的积分辐射功率信号，从而准确估计这些运动学量。这需要可控的、减速的漂移速度。本文提出了在电磁铁极面之间放置的定制电极电场笼中改变碳-14 $\beta$ 衰变电子 ${\bf E} \times {\bf B}$ 漂移速度的实验设计。将我们的结果与高保真模拟匹配，我们推断出在电场笼的慢漂移区域中将粒子飞行时间增加 5 倍的能力。仅受限于我们系统的尺寸，我们断言漂移速度可以任意减慢以满足 PTOLEMY 未来探测器的需求。实现这样的系统是开发探测器的关键里程碑，使未来的回旋辐射测量、滤波器实现和源注入成为可能。