ALPHA-experiment
| ELENA | Extra lågenergi antiprotonring – bromsar ytterligare antiprotoner som kommer från AD |
|---|---|
| AD-experiment | |
| ATHENA | AD-1 Antiväteproduktion och precisionsexperiment |
| EN FÄLLA | AD-2 Kall antiväte för exakt laserspektroskopi |
| ASACUSA | AD-3 Atomspektroskopi och kollisioner med antiprotoner |
| ESS | AD-4 Antiprotoncellexperiment |
| ALFA | AD-5 Antivätelaserfysikapparat |
| AEgIS | AD-6 Antiväteexperiment gravitationsinterferometrispektroskopi |
| GBAR | AD-7 Gravitationsbeteende hos antiväte i vila |
| BAS | AD-8 Baryon antibaryonsymmetriexperiment |
| PUMA | AD-9 Antiproton instabil materia förintelse |
Antihydrogen Laser Physics Apparatus ( ALPHA ), även känd som AD-5, är ett experiment vid Antiproton Decelerator vid CERN , designat för att fånga neutralt antiväte i en magnetisk fälla och utföra experiment på dem. Det slutliga målet med detta experiment är att testa CPT-symmetri genom jämförelse av atomspektra för väte och antiväte (se vätespektralserien) . ALPHA-samarbetet består av några tidigare medlemmar i ATHENA-samarbetet eller AD-1-experimentet (den första gruppen som producerade kallt antiväte, 2002), samt ett antal nya medlemmar.
Experimentuppställning
ALPHA står inför flera utmaningar. Magnetiska fällor – där neutrala atomer fångas med hjälp av sina magnetiska moment – är notoriskt svaga; endast atomer med kinetisk energi som motsvarar mindre än en kelvin kan fångas. Det kalla antiväte som skapades först 2002 av ATHENA- och ATRAP -samarbetena (AD-2) producerades genom att sammansmälta kalla plasmas av positroner (även kallade antielektroner) och antiprotoner . Även om denna metod har varit ganska framgångsrik, skapar den antiatomer med kinetiska energier för stora för att fångas. Dessutom, för att göra laserspektroskopi på dessa antiatomer, är det viktigt att de är i sitt grundtillstånd , något som inte verkar vara fallet för majoriteten av de antiatomer som skapats hittills.
Antiprotoner tas emot från Antiproton Decelerator och "blandas" med positroner från en specialdesignad positronackumulator i en mångsidig Penning-fälla . Det centrala området där blandningen och därmed antivätebildningen äger rum är omgiven av en supraledande oktupolmagnet och två axiellt åtskilda korta solenoider "spegelspolar" för att bilda en "minimum- B " magnetisk fälla. En gång fångat antiväte kan utsättas för detaljerade studier och jämföras med väte .
Antivätedetektering
För att detektera fångade antiväteatomer innefattar ALPHA även en vertexdetektor av kisel. Denna cylindriskt formade detektor består av tre lager av silikonpaneler (remsor). Varje panel fungerar som en positionskänslig detektor för laddade partiklar som passerar igenom. Genom att registrera hur panelerna är exciterade kan ALPHA rekonstruera spåren av laddade partiklar som färdas genom deras detektor. När en antiproton förintas (sönderfaller) resulterar processen vanligtvis i utsläpp av 3–4 laddade pioner . Dessa kan observeras av ALPHA-detektorn och genom att rekonstruera deras spår genom detektorn kan deras ursprung, och därmed platsen för förintelsen, bestämmas. Dessa spår skiljer sig ganska mycket från spåren av kosmiska strålar som också detekteras men har hög energi och passerar rakt genom detektorn. Genom att noggrant analysera spåren skiljer ALPHA mellan kosmiska strålar och antiprotonförintelse.
För att upptäcka framgångsrik fällning designades ALPHA-fällmagneten som skapade det minsta B-fältet så att den snabbt och upprepade gånger strömlös. Strömmarnas sönderfall under avenergin har en karakteristisk tid på 9 ms, storleksordningar snabbare än liknande system. Denna snabba avstängning och förmågan att undertrycka falsk signal från kosmisk strålning bör tillåta ALPHA att upptäcka frisättningen av till och med en enstaka instängd antiväteatom under avströmning av fällan.
Kylande antiväte
För att göra antiväte tillräckligt kallt för att fångas har ALPHA-samarbetet implementerat en ny teknik, välkänd från atomfysiken, kallad evaporativ kylning. Motivationen för detta är att en av de största utmaningarna med att fånga antiväte är att göra det tillräckligt kallt. Toppmoderna minimum-B-fällor som den ALPHA består av har djup i temperaturenheter av storleksordningen en Kelvin. Eftersom det inte finns någon lättillgänglig teknik för att kyla antiväte, måste beståndsdelarna vara kalla och hållas kalla för bildningen. Antiprotoner och positroner kyls inte lätt till kryogena temperaturer och implementeringen av evaporativ kylning är således ett viktigt steg mot antiväte-infångning.
ALFA fysik
ALPHA studerar för närvarande antimaterias gravitationsegenskaper . Ett preliminärt experiment 2013 fann att gravitationsmassan hos antiväteatomer var mellan -65 och 110 gånger deras tröghetsmassa , vilket lämnade stort utrymme för förfining med ett större antal kallare antiväteatomer.
ALPHA har lyckats kyla ned antiväteatomer med hjälp av laserljus, en teknik, känd som laserkylning , som först demonstrerades 1978 på normal materia.
ALPHA-samarbete
ALPHA-samarbetet omfattar följande institutioner:
- Aarhus Universitet , Danmark
- University of British Columbia , Kanada
- University of California, Berkeley , USA
- University of Calgary , Kanada
- University of Liverpool , Storbritannien
- University of Manitoba , Kanada
- Negev Nuclear Research Center , Israel
- Purdue University , USA
- RIKEN , Japan
- Federal University of Rio de Janeiro , Brasilien
- Swansea University , Storbritannien
- Tokyos universitet , Japan
- York University , Kanada
- TRIUMF , Kanada
Externa länkar
Rekord för ALPHA-experiment på INSPIRE-HEP