Para ilmuwan menggunakan kembali magnet MRI untuk penemuan baru

Para ilmuwan menggunakan kembali magnet MRI untuk penemuan baru


Para ilmuwan menggunakan kembali magnet MRI untuk penemuan baru

  • Kredit: (Gambar oleh Argonne National Laboratory.)

    Pemandangan panorama fasilitas solenoid 4 Tesla dengan Midhat Farooq dan Joe Grange yang menyelaraskan pengaturan kalibrasi NMR (kiri magnet), Ran Hong dan siswa meningkatkan sistem kontrol gerak kalibrasi (kanan magnet) dan David Flay menganalisis data kalibrasi NMR saat ini .


Fasilitas solenoida Argonne menyediakan medan magnet yang kuat untuk pengujian.

Faktor pembatas dalam eksperimen fisika modern adalah ketepatan yang dapat digunakan ilmuwan untuk mengukur nilai penting, seperti medan magnet di dalam detektor. Ilmuwan di Departemen Energi AS (KELINCI BETINA) Laboratorium Nasional Argonne dan kolaboratornya telah mengembangkan fasilitas unik untuk mengkalibrasi perangkat pengukuran medan dan menguji batasnya di dalam medan magnet yang kuat.

Fasilitas ini memiliki magnet solenoida dari bekas pencitraan resonansi magnetik (MRI) pemindai awalnya disimpan di rumah sakit San Francisco. Magnet menghasilkan medan maksimum 4 Tesla – berakhir 400 kali kekuatan magnet kulkas. Bukaannya yang besar, awalnya dimaksudkan untuk menampung pasien selama MRI scan, memberi ilmuwan ruang yang cukup untuk menempatkan perangkat dan mesin di dalam medan magnet. Bidang yang dihasilkan magnet juga sangat seragam dan stabil, persyaratan untuk mengkalibrasi perangkat pengukuran ke presisi sangat tinggi yang diperlukan untuk banyak eksperimen fisika partikel dan nuklir.

Sepengetahuan saya, tidak ada fasilitas yang setara di dunia, dan memiliki akses ke alat-alat ini di Argonne sangat penting untuk keberhasilan upaya medan magnet di Muon g-2. ” – David Kawall, fisikawan dan profesor, Universitas Massachusetts

Kami telah bekerja dengan beberapa peneliti, di Argonne dan dari institusi lain, yang membutuhkan medan magnet yang kuat dan lubang besar untuk menguji penelitian mereka, ”kata Peter Winter, fisikawan dan pemimpin kelompok di divisi Fisika Energi Tinggi Argonne. orang Ilmuwan membawa perangkat dan elektronik mereka, dan kami menyediakan magnet, keahlian, dan infrastruktur kami untuk membantu mengotomatiskan proses dan memastikan keberhasilan pengujian. ”

Tim sedang mencari pengguna baru untuk terus memperluas portofolio aplikasi fasilitas tersebut.

Stasiun kalibrasi

Aplikasi utama fasilitas uji solenoida Argonne adalah mengkalibrasi dan mengkalibrasi silang probe pengukuran untuk mencapai presisi tinggi dan menambahkan lapisan konsistensi antara eksperimen serupa di seluruh dunia.

Awalnya, ilmuwan Argonne memperoleh magnet untuk menguji dan mengkalibrasi beberapa probe yang dikembangkan oleh University of Massachusetts untuk mengukur medan magnet di Muon g minus. 2 (Muon g-2) percobaan yang saat ini berlangsung di KELINCI BETINALaboratorium Akselerator Nasional Fermi (Fermilab). Fasilitas pengujian memungkinkan para ilmuwan untuk mencapai pengukuran lapangan yang tepat hingga beberapa bagian per miliar – seperti mengukur keliling Bumi hingga sekitar dua inci.

Pengukuran medan yang tepat dalam eksperimen sangat penting karena kekuatan medan magnet adalah pemain utama dalam penentuan akhir g, properti muon yang penentuannya akan mengkonfirmasi teori fisika partikel saat ini atau menunjukkan keberadaan partikel yang belum ditemukan.

Fasilitas ini telah memungkinkan tim medan magnet di Muon g-2 untuk memenuhi tujuan yang ketat pada percobaan dengan mengurangi ketidakpastian dan meningkatkan ketangguhan pengukuran kami, ”kata David Kawall, fisikawan dan profesor dari Universitas Massachusetts. orang Sepengetahuan saya, tidak ada fasilitas yang setara di dunia, dan memiliki akses ke alat-alat ini di Argonne sangat penting untuk keberhasilan upaya medan magnet di Muon g-2. ”

Masa depan g-2 percobaan akan dilakukan di Jepang di Kompleks Akselerator Proton Jepang (J-PARC) dari Organisasi Riset Akselerator Energi Tinggi (KUE). Kolaborator Jepang, yang dipimpin oleh Ken-ichi Sasaki, menggunakan fasilitas tersebut untuk mengkalibrasi silang probe medan magnet mereka dengan yang digunakan di Fermilab.

Dengan memastikan semua probe kami membaca nilai yang sama di medan magnet yang sama, kami menambahkan kepastian pada pengukuran yang berasal dari kedua g-2 percobaan, ”kata Sasaki, yang merupakan profesor di KUE dan pemimpin sub-bagian dari bagian kriogenik di J-PARC.

Eksperimen muon lainnya, Eksperimen Spektroskopi Muonium Menggunakan Gelombang Mikro (MuSEUM), akan berkontribusi pada g-2 bereksperimen dengan mengukur secara tepat rasio massa muon ke elektron, nilai yang juga termasuk dalam g-2 penentuan.

Eksperimen di KUE di Jepang menggunakan resonansi magnetis nuklir yang sangat mirip (NMR) probe kalibrasi sebagai g-2 percobaan. Pengembangan probe untuk MuSEUM dipimpin oleh Toya Tanaka, seorang mahasiswa pascasarjana di Universitas Tokyo yang menggunakan fasilitas solenoida untuk mengkalibrasi probe percobaan. Kolaborasi antara ilmuwan Jepang dan AS akan memastikan bahwa g-2 percobaan dan percobaan MuSEUM memiliki pengukuran lapangan yang konsisten.

Pengembangan probe Helium dan Hall

Melalui kemitraan dengan Thomas Strauss dari Fermilab, grup Jepang lainnya, dipimpin oleh Norihito Ohuchi dan Yasushi Arimoto dari KUE, menggunakan fasilitas untuk mengkalibrasi probe mereka sendiri – disebut probe Hall – untuk eksperimen SuperKEKB mendatang.

Meski kurang tepat dibandingkan NMR probe yang digunakan dalam g- saat ini2 percobaan, probe Hall tidak hanya dapat mengukur besarnya medan magnet dengan gradien medan, tetapi juga arahnya.

SuperKEKB, penumbuk elektron-positron tiga kilometer yang baru-baru ini ditingkatkan, mempercepat partikel yang disebut elektron dan positron sangat dekat dengan kecepatan cahaya. Para ilmuwan akan menggunakan pengukuran dari partikel yang dibuat dalam tabrakan untuk menyelidiki penjelasan potensial dari asimetri materi-antimateri di alam semesta.

Eksperimen SuperKEKB melibatkan lima magnet solenoida superkonduktor di daerah bertabrakan sinar. Bidang solenoida memiliki pengaruh besar terhadap efisiensi tumbukan. Untuk meningkatkan efisiensi tabrakan sinar, tim akan menggunakan data probe Hall yang telah dikalibrasi untuk membuat profil bidang solenoida yang lebih tepat.

Dengan menggunakan fasilitas pengujian Argonne, kami yakin kami dapat meningkatkan akurasi probe Hall dengan satu urutan magnitudo, ”kata Ohuchi, yang merupakan profesor di KUE dan pemimpin kelompok magnet superkonduktor di Laboratorium Akselerator. orang Ini akan memungkinkan kami untuk memetakan medan magnet kompleks yang dihasilkan oleh magnet SuperKEKB dan meningkatkan kualitas pancaran. “

Eksperimen lain yang akan datang di Fermilab, disebut Mu2e, juga akan menggunakan probe Hall untuk pemetaan lapangan. Eksperimen tersebut menggunakan magnet solenoida seperti Argonne, tetapi lebih besar, untuk mengukur interaksi muon. Model Standar fisika partikel yang berlaku memungkinkan muon membusuk dengan cara tertentu, tetapi untuk percobaan ini, para ilmuwan akan mencari interaksi terlarang yang kemunculannya akan melanggar Model Standar dan mengarah ke fisika baru.

Kemampuan probe Hall untuk mengukur arah bidang menjadikannya probe pilihan untuk Mu2e percobaan, tetapi kemampuan tambahan memerlukan lebih banyak kontrol kualitas. Ilmuwan Argonne telah mengambil tanggung jawab untuk pemetaan lapangan di Mu2e percobaan, dan mereka menggunakan fasilitas pengujian untuk mengkalibrasi probe.

Jika Anda memiliki sedikit ketidaksejajaran antara arah dari mana probe membaca pengukurannya dan di mana bidang sebenarnya menunjuk, pengukuran dapat menyimpang dari nilai sebenarnya dengan sangat cepat, ”kata Bob Wagner, pemimpin tim pemetaan lapangan di Argonne. orang Magnet kami memungkinkan kami untuk menyelaraskan sumbu probe dengan medan dan satu sama lain. “

Saat probe Hall menjadi lebih akurat dan tepat dengan bantuan fasilitas pengujian Argonne, probe baru – yang menggunakan helium – memulai debutnya. Sekelompok peneliti dari University of Michigan, dipimpin oleh Profesor Tim Chupp dan Midhat Farooq, mengembangkan probe kalibrasi baru untuk bertindak sebagai pemeriksaan tambahan untuk bidang pengukuran.

Isotop helium dalam probe, helium-3, adalah gas inert yang berperilaku berbeda dari air yang digunakan dalam probe tradisional dan memiliki potensi akurasi yang lebih tinggi. orang Kami menggunakan magnet uji Argonne untuk mengkalibrasi silang probe kami dengan dua probe air, termasuk satu dengan desain yang sama dengan probe UMass, dan menemukan kesepakatan dengan presisi tinggi, memastikan bahwa efek apa pun yang tidak kami anggap cukup kecil, ”kata Chupp . orang Langkah kami selanjutnya adalah kalibrasi silang probe UMass dengan helium-3 penyelidikan yang akan lebih presisi. “

Farooq dan tim menerbitkan makalah di Physical Review Letters pada bulan Juni 2020 tentang keberhasilan probe helium mereka.

Daftar aplikasi yang terus bertambah

Sejak menerima kelompok pengguna eksternal pertama – ilmuwan dari Stony Brook University yang menguji jubah magnet untuk melindungi elektronik dalam eksperimen – aplikasi fasilitas dan basis pengguna telah berkembang secara signifikan.

Selain kalibrasi probe, magnet juga membantu dalam pengujian dan pengembangan berbagai peralatan eksperimental. Junqi Xie dari Argonne, seorang ilmuwan di divisi Fisika lab, menggunakan magnet untuk mengembangkan detektor yang beroperasi di medan magnet tinggi untuk aplikasi fotosensing. Detektor akan memiliki aplikasi masa depan dalam Electron-Ion Collider yang akan dibangun KELINCI BETINALaboratorium Nasional Brookhaven.

Fermilab baru-baru ini menggunakan magnet untuk menguji sistem metrologi laser yang mereka gunakan untuk mengukur jarak dan menyelaraskan peralatan dalam eksperimen. Mereka menguji kemampuan beberapa pelacak laser, yang dapat mengukur jarak pada level submillimeter, agar tetap akurat di hadapan medan magnet tinggi.

Fasilitas ini juga berguna untuk melatih generasi ilmuwan selanjutnya, ”kata Kawall,dan kolaborasi internasional yang terbentuk akan memberikan manfaat yang langgeng. “

Untuk pertanyaan tentang penggunaan magnet untuk penelitian dan pengembangan, hubungi Peter Winter di winterp @ anl. gov.

Laboratorium Nasional Argonne mencari solusi untuk menekan masalah nasional dalam ilmu pengetahuan dan teknologi. Laboratorium nasional pertama bangsa, Argonne melakukan penelitian ilmiah dasar dan terapan terdepan di hampir setiap disiplin ilmu. Peneliti Argonne bekerja erat dengan para peneliti dari ratusan perusahaan, universitas, dan lembaga federal, negara bagian, dan kota untuk membantu mereka memecahkan masalah spesifik mereka, memajukan kepemimpinan ilmiah Amerika, dan mempersiapkan bangsa untuk masa depan yang lebih baik. Dengan karyawan lebih dari 60 negara, Argonne dikelola oleh UChicago Argonne, LLC untuk Kantor Sains Departemen Energi AS.

Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS adalah pendukung terbesar penelitian dasar dalam ilmu fisika di Amerika Serikat dan sedang berupaya untuk mengatasi beberapa tantangan paling mendesak di zaman kita. Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi https: // ener gy .gov / s c ience.

Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author