通过实验、模拟与理论探究小型加速器磁体类比物的外部磁场
加速器物理
2023-05-29 v4 物理教育
摘要
粒子加速器利用强大而复杂的磁场来偏转、成形并最终对撞近光速粒子束，然而加速器磁体背后的基本磁学原理可被本科生所理解。在本文中，我们使用小型加速器磁体类比物，以多面、低成本的探索来研究加速器磁体外部的磁场。这些场最好借助磁场的多极展开来理解。若假设磁场由理想磁偶极子产生，我们可推导出一个理论模型，表明每种加速器磁体构型由单一多极矩主导并满足 ，其中 为多极阶数（偶极、四极、八极与十六极矩分别对应 ）。利用市售 NdFeB 磁体与智能手机内的磁场传感器，我们在实验上验证了加速器磁体构型的幂律依赖。最后，我们使用开源 Python 库 Magpylib 模拟永磁构型的磁场，显示出理论、实验与模拟之间良好的一致。
引用
@article{arxiv.2109.03057,
title = {Investigating the Magnetic Field outside small Accelerator Magnet Analogs via Experiment, Simulation, and Theory},
author = {Kelley D. Sullivan and Antara Sen and M. C. Sullivan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.03057},
year = {2023}
}
备注
31 pages, 9 figures