Bardzo zimny antywodór

1. Bardzo zimny antywodór 21.03.03 Helena Białkowska

2. Kto to wymyślił? • Antycząstki, antymateria – najpierw wymyślone, potem zaobserwowane • Pierwsze obserwacje antywodoru: CERN 1995, Fermilab 1997 • Ale to był antywodór gorący

3. Po co?

5. Skala energii i temperatur

6. Jak zaobserwowano pierwszy antyH (CERN `95, Fermilab ’97) • pbar 1.9 GeV z akceleratora LEAR • Ciężka tarcza Xe • Produkcja e+e- w polu jądra • pbar łapie e+ i tworzy Hbar • Detekcja – koincydencja anihilacji pbar (ślady cząstek naładowanych z wierzchołka) oraz e+e- w 2g

7. Antiproton Decelerator AD

8. Cykl AD

9. Z AD korzystają: • AD1 – ATHENA • AD2 - ATRAP (oba nastawione na antywodór) oraz AD3 – ASACUSA, bada antyprotonowy hel, w planie też antywodór Ostatnio zatwierdzony AD4 – medyczne zastosowanie zimnych antyprotonów, testy

10. Strategia AD1, AD2: • 1.Wytworzyć antywodór • 2.Zarejestrować • 3.Zgromadzić sporo – i prowadzić spektroskopię Przełom roku 2002: pkt 2

11. Jak powstaje Hbar: rekombinacja Proces trzyciałowy: • p + e+ + e+H + e+(wysoko wzbudzony) Rekombinacja promienista (radiative recombination): • p+ e +H + h(stan podstawowy lub małe wzbudzenia) • spektroskopiaH – do porównania z H  Najdokładniejsze pomiary dla H : • H absorbuje 2 fotonyUV ,  = 243 nm  • przejście 1S  2S • 2S długo żyje, 122 ms

12. Podstawowe narzędzie: pułapka Penninga

13. Detektor Athena

15. Jak zmieszać schłodzone pbar i pozytony: podwójna (`nested’) pułapka Penninga

16. Detekcja Hbar w Athenie (w stylu fizyki cząstek)

18. Sygnał antywodoru

20. Podsumowanie ATHENY • Wyraźna obserwacja Hbar, ocena częstości i tła • Zależność od temperatury sugeruje tworzenie Hbar przez rekombinację promienistą • To ma implikacje dla stanu Hbar: niezbyt wysokie wzbudzenia

22. Drugi eksperyment, ATRAP • Tworzenie Hbar w zasadzie podobnie jak ATHENA: pozytony, antyprotony (chłodzone pozytonami!) spotykają się w `nested Penning trap’ • Detekcja – inaczej: `field ionization method’

23. Też podwójna pułapka Penninga • W pułapce spotykają się pbar i e+ • Powstaje Hbar • Neutralny Hbar przebiega parę cm • Pole elektrod jonizuje • Pbar anihiluje w ściankach

24. A tak to przebiega.... Pbar z lewej, Pozytony z prawej

26. Metoda `field ionization’: • Jonizacja Hbar – polem elektrod EET • Detekcja – przez anihilację pbar ze zjonizowanego Hbar w ściance • `Background-free’: nie zaobserwowano żadnej anihilacji w studni potencjału EET gdy nie było pozytonów • Liczba zjonizowanych Hbar rośnie z liczbą e+, potem nasycenie

27. Pierwsze oceny stanów Hbar • Zmieniając pole EET – można zmieniać liczbę Hbar • Jakie pole jonizuje ——jaki stan (n) • Ale n nie jest dobrą liczbą kwantową w silnym polu B... • Wstępna ocena: wysokie wzbudzenia, n rzędu 80, typowe dla rekombinacji trójciałowej

28. Co dalej: spektroskopia • To przejście jest superdokładnie zmierzone dla wodoru (pomiar  światła które indukuje przejście od stanu podstawowego do metatrwałego 2s)

29. Dokładność pomiaru dla wodoru: • Czułość 10-16

30. Droga do spektro Hbar: • Albo pułapka na Hbar (czuła na moment magnetyczny) • Albo `wiązka’ Hbar • Konieczność deekscytacji (od ~n = 80 w ATRAP, ~n = 15 w ATHENA) • Dopiero wtedy próba stymulacji laserowej przejścia do stanu 2s • Perspektywa – po 2005 (roczna przerwa PS)

31. LoI konkurencji - ASACUSA • AD3-ASACUSA bada spektroskopię antyprotonowego helu • Nowy projekt: chcą zmierzyć rozszczepienie nadsubtelne stanu podstawowego Hbar

32. Pomiary przejść atomowych

34. Pożytek z zimnych pbar: AD4 Znana, stosowana terapia protonowa, próby C Antyprotony mogą wnosić więcej energii do tkanki – gdy zlokalizowana anihilacja Projekt: naświetlanie próbek tkanek biologicznych antyprotonami z AD Zatwierdzone parę godzin wiązki