基于 HIAF 的 GeV 能级 μ 子源的可行性研究

利用加速器设施产生单能、高能 μ 子束对许多应用极具吸引力，例如改进目前受限于宇宙线 μ 子低通量和宽能散的 μ 子层析成像，以及寻找超出标准模型的 μ 子相关新物理。一个潜在的加速器设施是位于中国惠州市的高强度重离子加速器装置 (High Intensity Heavy-Ion Accelerator Facility, HIAF)，目前正在建设中。考虑到弹核能量和束线长度，HIAF 装置的高能碎裂分离器束线可以产生并输送高强度的 GeV 能级 μ 子通量。本文详细讨论了基于 HIAF 的 μ 子束的通量强度和纯度。对于 $\mu^+$ 束，在动量为 3.5 GeV/c 时，最高 μ 子产额达到 $8.2 \times 10^6 ~ \mu$/s，纯度约为 $2\%$；同时，对于 $\mu^-$ 束，在动量为 1.5 GeV/c 时，最大 μ 子产额为 4.2 $\times 10^6 ~ \mu$/s，纯度约为 $20\%$。结果还表明，对于能量为几 GeV 的 μ 子束，通过应用合适的纯化策略，可以获得纯度为 100\% 且强度为 $10^5 ~ \mu$/s 量级的 μ 子束。