Muon $g-2$ experiment at Fermilab aims to measure the magnetic anomaly of the muon in a precision of 140 parts-per-billion (ppb). It is one of the most strongly motivated precision particle physics experiments to unveil the mystery of the long-standing $3 \sigma$-$4 \sigma$ tension between the previous measurement of the muon $g-2$ experiment at BNL and the Standard Model predictions. One of the main challenges of the experiment is to keep the total systematic uncertainty within 100 ppb budget. In this dissertation, a novel way of matching the phase space in the muon $g-2$ storage ring to reduce the beam dynamics systematic effects with RF electric fields is presented. Systematic simulation studies and hardware development of the RF matching system are covered, followed by the promising analysis results of the commissioning runs.
페르미연구소 뮤온 $g-2$ 실험은 뮤온의 비정상 자기 모멘트를 140 parts-per-billion (ppb; 십억 분의 일)의 정밀도로 측정하는 실험이다. 이는 오랜 시간동안 수수께끼였던 기존의 BNL 뮤온 $g-2$ 실험의 측정 결과와 표준 모형의 예측값 사이 $3 \sigma \sim 4 \sigma$ 간격의 실마리를 찾기 위한, 초정밀 입자물리 실험 중에서도 가장 동기가 강한 실험 중 하나이다. 이 실험의 가장 큰 어려움 중 하나는 실험의 총 계통 오차를 100 ppb 이하로 유지하는 것이다. 이 논문에서는 뮤온 $g-2$ 저장링에서 RF 전기장을 이용한 위상 공간 매칭으로 빔 역학 관련 계통 오차를 줄이는 새로운 방법을 제시한다. RF 매칭 시스템의 체계적인 시뮬레이션 연구와 하드웨어 개발을 다루고, 커미셔닝 실험의 유망한 분석 결과를 소개한다.
