Conveners
青年报告: 缪子束流平台与新型加速技术
- Jinning Li (Peking University)
青年报告: 精密缪子实验与稀有过程搜索
- Alim Ruzi (Xinjiang University)
青年报告: 缪子相关新物理、宇宙线与空间环境
- 大铭 刘 (清华大学)
青年报告: 缪子成像算法、系统误差与探测器技术
- 仲行 徐 (清华大学)
青年报告: 缪子成像应用：核材料、地质工程与月球探测
- 锦鸿 沈 (school of physics Peking Uniersity)
缪子在基础物理前沿探索和重大应用研究中具有不可替代的重要价值。强流重离子加速器装置HIAF可提供国际领先的高强度脉冲离子束，依托其高分辨率次级束流线，有望产生GeV量级、能量连续可调、高通量的单能缪子束，在束流强度、能量覆盖范围和应用潜力等方面具有显著优势。2025年10月，HIAF首次成功实现束流全线贯通，标志着我国已具备开展高能缪子源研究的重要平台条件。本报告将介绍HIAF装置建设与束流调试的最新进展，以及高能缪子束线的设计方案、关键技术和实验规划。未来，依托HIAF高品质缪子束，将开展暗物质搜寻、缪子反常磁矩精密测量、缪子—核子散射等前沿物理研究，并探索单能缪子束在重核材料高分辨成像与无损探测等领域的创新应用，为基础科学研究和重大应用技术发展提供新的机遇与平台支撑。
缪子作为微观世界的探针，是诸多新物理发现及物理应用的强力工具。为满足世界日渐增多的高精度高强度缪子源的需要，基于我国加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）3MW的超导直线加速器，CiADS缪子源（MuST）有望成为最高强度的连续型缪子源。MuST缪子源由两个靶站，四条缪子束线组成，分两期进行建设。目前，缪子靶站，缪子束线，缪子谱仪已完成概念设计，能满足极化率大于95%，本底率小于1%，缪子流强到达1e8/s的实验终端需求。
The muon anomalous magnetic moment, aμ=(gμ−2)/2, is a precision observable that provides a stringent test of the Standard Model and a sensitive probe of new physics. The Fermilab Muon g−2 experiment has completed the world’s most precise measurement of aμ, reaching a total uncertainty of 127 ppb. This talk will review the experimental method, including the storage of polarized muons, the...
High-precision three-dimensional magnetic field mapping is crucial for precision muon experiments, particularly in beam transport, injection, and storage regions where direct sensor access is often restricted. We present a Physics-Informed Neural Network (PINN) framework that incorporates Maxwell’s equations (∇·B = 0 and ∇×B = 0) directly into the training loss. The method features a...
正反缪子素转化实验（MACE）是我国自主提出的下一代缪子物理实验，旨在寻找破坏带电轻子味的正反缪子素转化过程，是研究超越标准模型的新物理的灵敏探针。该实验将依托我国加速器驱动嬗变研究装置（CiADS）规划的高强度表面缪子束流，预期将转化过程的实验灵敏度较当前国际最好水平提高两个数量级以上。目前已完成概念设计，相关成果发表于《Nuclear Science and...
核同质异能素 $^{229\mathrm{m}}\mathrm{Th}$ 具有约 $8\,\mathrm{eV}$ 的激发能，是核钟的主要候选，将彻底革新精密测量和基础物理研究。近期在 $^{229\mathrm{m}}\mathrm{Th}$ 辐射衰变观测以及在 $^{229}\mathrm{Th}$ 掺杂晶体中直接核激光激发方面取得的突破性进展，激发了一系列面向固态核钟实现的基础性工作。然而，主要从 $^{233}\mathrm{U}$ 衰变中提取的 $^{229}\mathrm{Th}$ 在全球范围内的稀缺性，以及制备高掺杂 $^{229}\mathrm{Th}$ 晶体靶材所面临的材料科学挑战，构成了核钟发展的严重瓶颈。在此，我们通过展示将 $^{232}\mathrm{Th}$ 掺杂晶体原位转化为 $^{229}\mathrm{Th}$...
We study a light scalar $\phi$ with lepton-flavor-violating $e$–$\mu$ couplings, directly probed via resonant $\mu^+ e^- \to \phi$ production at high-intensity muon beams. In fixed-target experiments, target electrons are bound and have relativistic momenta, which smear and broaden the resonance. We develop a fully relativistic bound-state framework that accounts for these atomic effects and...
A search for the Higgs boson decay to two muons is performed using LHC proton–proton collision data. The analysis targets the $H \to \mu^+ \mu^-$ channel, which is sensitive to the Yukawa coupling of the Higgs boson to muons. Events are split into exclusive categories based on jet multiplicity and kinematic properties to maximize signal sensitivity. A multivariate classifier is used to...
A TeV-scale muon collider is a promising successor to the LHC, offering unique opportunities to study rare processes and fundamental quantum phenomena. We investigate the prospects for observing quantum entanglement and Bell inequality violation in $H \to ZZ \to 4\ell$ events. The spin density matrix of the $ZZ$ system can be reconstructed from the decay kinematics of the charged leptons,...
宇宙射线μ子成像是一种重要的无损检测技术，但在实际测试时间内实现毫米级分辨率仍面临挑战。为此，我们提出了投影偏移μ子透射成像框架（PμMA），该框架通过融合透射与散射信息，实现了高分辨率成像。与传统依赖散射角定位的方法不同，PμMA通过连接上下游探测器记录的μ子击中位置，构建透射径迹，并将材料引起的μ子散射投影为成像平面内的可观测位置偏移。该方法仅需两个探测器即可实现毫米级分辨率成像，显著提升了可用μ子事例率，并大幅降低了系统成本。我们还发展了多探测器配置方案，通过限制最大散射角，进一步增强了对不同质量厚度材料的鉴别能力。
在模拟研究中，针对30 mm厚铅块，宇宙射线条件下获得的表征分辨能力的刃边宽度最小为1.196 mm；在4 GeV单能平行μ子束条件下，最优刃边宽度可达0.048 mm。在实验验证中，系统在2天内成功实现了对2 mm铜片结构的成像，性能优于同等条件下的传统方法。
宇宙线缪子层析成像本质上是一个被nuisance参数主导的逆问题。缪子断层扫描仪成像两种材料对比度——来自多次库仑散射的辐射长度和来自电离能损的电子密度——但每种对比度都与一个探测器无法直接观测的缪子级nuisance参数纠缠：散射尺度携带未知的逐缪子动量，能损携带单侧的straggling尾部。传统方法将每条径迹压缩为一个派生标量并代入标称动量，未能正确处理这些nuisance参数。
我们提出 Nuisance-Aware Muon Tomography（NAMT），依据仪器条件针对性地处理每种nuisance。散射通道（NAMT-S）运行在无磁铁径迹探测器上：精确的track-elimination投影消去直线径迹自由度，未测动量通过逆Gamma共轭先验被解析积分为鲁棒的Student-t...
通过使用缪子透射成像方法，为北宋遗存砖石古建筑——开封繁塔，做“CT”成像。塔身隐性内部病害难以通过传统物探手段检测。本次采用宇宙射线缪子透射成像无损探测技术，开展繁塔塔身全域成像观测试验，利用高能宇宙缪子穿透衰减特征反演塔体内部介质密度分布，重构繁塔内部三维结构图像。完成古建筑深部无接触无损扫描，弥补传统文物检测技术短板；本次观测数据可为繁塔文物安全评估、保护性修缮提供参考。
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宇宙线缪子成像是一种无源、无损、非接触式的深部结构探测技术，可用于获取大型工程体内部密度变化信息。本研究中，团队形成了适用于复杂水利工程现场的缪子成像观测系统，并在地下输水隧道、水库工程等典型场景开展安装、调试和连续观测，获取了工程体内部结构相关的缪子观测数据，形成了二维/三维成像结果和现场应用证明。实践表明，该技术能够在不破坏工程结构、不引入人工辐射源的条件下，对深部隐蔽空间和低密度异常进行识别，为水利工程安全监测提供新的技术手段和应用范例。
宇宙线缪子成像技术利用天然宇宙射线缪子在不同密度介质中的衰减差异，实现对物体或地质体内部结构的非破坏性探测。该技术具有穿透能力强、无需人工放射源、环境友好等特点，在矿产资源勘查、地下空间探测和复杂地质结构识别等领域具有潜在应用价值。针对坑探条件，本研究设计了基于塑料闪烁体与光电转换器件耦合的大面积缪子成像系统。该系统有效探测面积为 500 mm × 500 mm，可实现毫米级位置分辨，为缪子通量测量和径迹重建提供实验基础。针对钻探条件下探测空间受限的问题，进一步开展了小直径钻井型缪子探测系统设计研究，采用塑料闪烁体光纤构建紧凑型径迹探测结构，使其适用于钻孔环境，并具备多井联合探测的应用潜力，并可引入地震、重力等方法获得的地层密度先验模型，可提高复杂地质条件下密度异常体识别和空间定位的可靠性。
Large concrete dams require non-invasive methods capable of probing internal density structures over metre-to-decametre scales, especially when detailed geometric priors or internal drawings are incomplete. Here we report a field-deployable plastic-scintillator muon transmission imaging framework for quantitative structural imaging of the reservoir dam in Yichang, Hubei, China. The framework...
Muon tomography has been widely used on Earth to probe internal structures using secondary cosmic-ray muons. We investigate its application to the Moon by studying muons produced in the lunar regolith. Using Monte Carlo simulations, we evaluate the energy spectrum, angular distribution, and flux of muons escaping the lunar surface under different regolith conditions. The results show that the...
