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HighNESS conceptual design report: Volume II. The NNBAR experiment.

Résumé

A key aim of the HighNESS project for the European Spallation Source is to enable cutting-edge particle physics experiments. This volume presents a conceptual design report for the NNBAR experiment. NNBAR would exploit a new cold lower moderator to make the first search in over thirty years for free neutrons converting to anti-neutrons. The observation of such a baryon-number-violating signature would be of fundamental significance and tackle open questions in modern physics, including the origin of the matter-antimatter asymmetry. This report shows the design of the beamline, supermirror focusing system, magnetic and radiation shielding, and anti-neutron detector necessary for the experiment. A range of simulation programs are employed to quantify the performance of the experiment and show how background can be suppressed. For a search with full background suppression, a sensitivity improvement of three orders of magnitude is expected, as compared with the previous search. Civil engineering studies for the NNBAR beamline are also shown, as is a costing model for the experiment.|[GRAPHICS]|.

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Neutron
Le neutron est une particule subatomique de charge électrique nulle. Les neutrons sont présents dans le noyau des atomes, liés avec des protons par l'interaction forte. Alors que le nombre de protons d'un noyau détermine son élément chimique, le nombre de neutrons détermine son isotope. Les neutrons liés dans un noyau atomique sont en général stables mais les neutrons libres sont instables : ils se désintègrent en un peu moins de 15 minutes (880,3 secondes). Les neutrons libres sont produits dans les opérations de fission et de fusion nucléaires.
Spallation
La spallation nucléaire (de l'anglais to spall, produire des éclats) est une réaction nucléaire au cours de laquelle un noyau atomique est frappé par une particule incidente (neutron, proton...) ou une onde électromagnétique de grande énergie (à partir de 50 MeV et jusqu'à quelques GeV). Sous la violence de l'impact, le noyau cible se décompose en produisant des jets de particules plus légères (neutrons, protons, ou noyau léger de deutérium ou d'hélium, voire de lithium).
European Spallation Source
L'ESS (pour European Spallation Source en anglais, soit en français source européenne de spallation) est le nom d'une future installation de recherche scientifique sur la matière utilisant des techniques de dispersion des neutrons. La construction à Lund, en Suède, a commencé le 30 juin 2014, avec des prévisions de mise en service en 2019 et une installation entièrement opérationnelle en 2025. En 2016, le Comité directeur de l'ESS rassemble 16 pays partenaires.
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