Войти
 | |
| Список текущих. ускорителей частиц в ЦЕРНе | |
|---|---|
| Linac 2 | Ускоряет протоны |
| Linac 3 | Ускоряет ионы |
| Linac 4 | Ускоряет отрицательные ионы водорода |
| AD | Замедляет антипротоны |
| LHC | сталкивает протоны или тяжелые ионы |
| LEIR | Ускоряет ионы |
| PSB | Ускоряет протоны или ионы |
| PS | Ускоряет протоны или ионы |
| SPS | Ускоряет протоны или ионы |
CERNs AD в сотрудничестве с ALPHA, ASACUSA и ATRAP. 
Завод по производству антивещества CERN - замедлитель антипротонов Antiproton Decelerator (AD) представляет собой накопительное кольцо >в лаборатории ЦЕРН недалеко от Женевы. Он был построен как преемник низкоэнергетического антипротонного кольца (LEAR) и начал работу в 2000 году. Антипротоны создаются путем попадания протонного пучка из протонного синхротрона. по металлической мишени. AD замедляет образующиеся антипротоны до энергии 5,3 МэВ, которые затем выбрасываются в один из нескольких связанных экспериментов.
Кольцо ELENA ЕЛЕНА (Антипротон со сверхнизкой энергией ) представляет собой гексагональное накопительное кольцо длиной 30 м, расположенное внутри комплекса AD. Он предназначен для дальнейшего замедления пучка антипротонов до энергии 0,1 МэВ для более точных измерений. Первый луч направил ELENA 18 ноября 2016 года. Ожидается, что кольцо будет полностью введено в эксплуатацию к концу периода LS2. GBAR был первым экспериментом, в котором использовался луч от ELENA, а остальные эксперименты AD последовали его примеру после окончания периода отключения.
| Эксперимент | Кодовое имя | Официальный представитель | Должность | Предложено | Утверждено | Начало | Завершено | Ссылка | Веб-сайт |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AD1 | ATHENA | Производство антиводорода и прецизионные эксперименты | 20 октября 1996 г. | 12 июня 1997 г. | 6 Апр 2001 | 16 ноября 2004 | INSPIRE. Серая книга | – | |
| AD2 | ATRAP | Джеральд Габриэльс | Холодный антиводород для точной лазерной спектроскопии | 25 марта 1997 | 12 июня 1997 года | 12 февраля 2002 года | Выполняется | INSPIRE. Gray Book | Веб-сайт |
| AD3 | ASACUSA | Эберхард Видманн и Масаки Хори | Aтомик s пектроскопия a nd c ollisions u поют s low a nтипротоны | 7 октября 1997 г. | 20 ноября 1997 г. | 12 F eb 2002 | Запуск | INSPIRE. Gray Book | Веб-сайт |
| AD4 | ACE | Майкл Хольцшайтер | Относительная биологическая эффективность и периферическое повреждение аннигиляции антипротонов | 21 августа 2002 г. | 6 февраля 2003 г. | 26 января 2004 г. | 24 сентября 2013 г. | INSPIRE. Gray Book | Веб-сайт |
| AD5 | АЛЬФА | Aазотоводород l азер ph ysics a pparatus | 21 сентября 2004 г. | 2 июня 2005 г. | 18 апреля 2008 г. | Выполняется | INSPIRE. Gray Book | Веб-сайт | |
| AD6 | AEgIS | Antihydrogen e эксперимент g ravity i терферометрия s пектроскопия | 8 июня 2007 г. | 5 декабря 2008 г. | 28 сентября 2014 г. | Запуск | INSPIRE. Gray Book | Веб-сайт | |
| AD7 | GBAR | Gravitational B поведение A nti- Водород в R est | 30 сентября 2011 г. | 30 мая 2012 г. | ?? | Подготовка | INSPIRE. Серая книга | Веб-сайт | |
| AD8 | BASE | Bарион A нтибарион S симметрия E xperiment | апрель 2013 г. | 5 июня 2013 г. | 9 сентября 2014 г. | Бег | INSPIRE. Gray Book | Веб-сайт |
АФИНА был исследовательским проектом антивещества, который проводился в Антипротонном замедлителе. В августе 2002 года это был первый эксперимент по производству 50 000 низкоэнергетических атомов антиводорода, как сообщается в Nature. В 2005 году ATHENA была расформирована, и многие из бывших участников работали над последующим экспериментом ALPHA.
Аппарат ATHENA состоит из четырех основных подсистем: ловушка для улавливания антипротонов, накопитель позитронов, ловушка смешения антипротонов и позитронов и детектор аннигиляции антиводорода. Все ловушки в эксперименте представляют собой разновидности ловушки Пеннинга, в которой используется аксиальное магнитное поле для удержания заряженных частиц в поперечном направлении, а также серия полых цилиндрических электродов для захвата их в осевом направлении (рис.. 1а). Улавливающая и смешивающая ловушки примыкают друг к другу и коаксиальны с магнитным полем 3 Тл от сверхпроводящего соленоида. Аккумулятор позитронов имеет свою собственную магнитную систему, также соленоид, на 0,14 Тл. Отдельный криогенный теплообменник в канале сверхпроводящего магнита охлаждает улавливающую и перемешивающую ловушки примерно до 15 K. Аппарат ATHENA имеет открытую модульную конструкцию, которая обеспечивает большую экспериментальную гибкость, особенно при введении большого количества позитронов в аппарат.
Улавливающая ловушка замедляет, улавливает, охлаждает и накапливает антипротоны. Для охлаждения антипротонов в ловушку сначала загружается 3 × 10 электронов, которые охлаждаются синхротронным излучением в магнитном поле 3 Тл. Обычно AD доставляет в эксперимент 2 × 10 антипротонов с кинетической энергией 5,3 МэВ и длительностью импульса 200 нс с интервалами 100 с. Антипротоны замедляются в тонкой фольге и захватываются импульсным электрическим полем. Антипротоны теряют энергию и уравновешиваются с холодными электронами за счет кулоновского взаимодействия. Электроны выбрасываются перед смешиванием антипротонов с позитронами. Каждый выстрел AD приводит к примерно 3 × 10 холодным антипротонам для экспериментов по взаимодействию. Аккумулятор позитронов замедляет, улавливает и накапливает позитроны, испускаемые радиоактивным источником (1,4 × 10 Бк Na). Накопление за 300 с дает 1,5 · 10 позитронов, 50% из которых успешно переносятся в ловушку смешения, где охлаждаются синхротронным излучением.
Ловушка смешения имеет осевую потенциальную конфигурацию вложенной ловушки Пеннинга (рис. 1b), которая позволяет двум плазменным элементам с противоположным зарядом вступать в контакт. В ATHENA сфероидальное облако позитронов может быть охарактеризовано возбуждением и обнаружением осевых колебаний плазмы. Типичные условия: 7 × 10 накопленных позитронов, радиус 2 - 2,5 мм, длина 32 мм и максимальная плотность 2,5 × 10 см. Ключом к представленным здесь наблюдениям является аннигиляционный детектор антиводород (рис. 1а), расположенный соосно с областью смешения между внешним радиусом ловушки и отверстием магнита. Детектор предназначен для обеспечения однозначного доказательства образования антиводорода путем обнаружения совпадающих во времени и пространстве аннигиляций антипротона и позитрона, когда нейтральный атом антиводорода выходит из электромагнитной ловушки и ударяется об электроды ловушки. Антипротон обычно аннигилирует на несколько заряженных или нейтральных пионов. Заряженные пионы обнаруживаются двумя слоями двусторонних позиционно-чувствительных кремниевых микрополосков. Путь заряженной частицы, проходящей через оба слоя, можно реконструировать, а два или более пересекающихся трека позволяют определить положение или вершину аннигиляции антипротона. Неопределенность определения вершины составляет примерно 4 мм и во многом определяется неизмеренной кривизной траекторий заряженных пионов 'в магнитном поле. Окно временного совпадения составляет примерно 5 микросекунд. Покрытие области взаимодействия телесным углом составляет около 80% от 4π.
Позитрон, аннигилирующий с электроном, дает два или три фотона. Детектор позитронов, состоящий из 16 рядов, каждая из которых содержит 12 сцинтилляционных кристаллов чистого иодида цезия, предназначен для регистрации двухфотонных событий, состоящих из двух фотонов с энергией 511 кэВ, которые всегда излучаются последовательно. Энергетическое разрешение детектора составляет 18% на полувысоте при 511 кэВ, а эффективность регистрации фотопиков для одиночных фотонов составляет около 20%. Максимальная скорость считывания всего детектора составляет около 40 Гц. Вспомогательные детекторы включают в себя большие сцинтилляционные лопасти, внешние по отношению к магниту, и тонкий чувствительный к положению кремниевый диод, через который проходит падающий луч антипротонов перед попаданием в ловушку. Чтобы произвести атомы антиводорода, позитронная яма в области смешивания заполняется примерно 7 × 10 позитронами и остужается до температуры окружающей среды (15 градусов Кельвина). Затем вокруг ямы для позитронов образуется вложенная ловушка. Затем примерно 104 антипротона запускаются в область смешения путем переключения ловушки из одной потенциальной конфигурации (пунктирная линия, рис. 1b) в другую (сплошная линия). Время перемешивания составляет 190 с, после чего все частицы выгружаются и процесс повторяется. События, запускающие кремниевый детектор изображения (три стороны попадают во внешний слой), инициируют считывание как кремниевого, так и модуля CsI.
Используя этот метод, ATHENA впервые смогла произвести несколько тысяч холодных атомов антиводорода в 2002 году.
Коллаборация ATHENA включала в себя следующие учреждения:
Коллаборация ATRAP в CERN возникла в результате коллаборации, члены которой впервые разработал холодные антипротоны, холодные позитроны и впервые заставил ингредиенты холодного антиводорода взаимодействовать. Члены ATRAP также впервые применили точную водородную спектроскопию и впервые обнаружили горячие атомы антиводорода.
ATRAP - это сотрудничество физиков со всего мира с целью создания и экспериментов с антиводородом. ATRAP накапливает позитроны, испускаемые радиоактивным источником Na. Есть два эффективных способа замедлить быстрые позитроны неупругими процессами. Коллаборация ATRAP изначально выбрала другой метод, нежели ATHENA. Позитроны, испускаемые Na, сначала тормозились титановой фольгой толщиной 10 мкм, а затем проходили через кристалл вольфрама толщиной 2 мкм. Внутри кристалла существует вероятность того, что положительно заряженный позитрон и отрицательно заряженный электрон образуют атом Ридберга позитрония. В этом процессе позитроны теряют большую часть своей энергии, так что больше нет необходимости (как в ATHENA) замедляться дальше при столкновениях в газе. Когда слабосвязанный ридберговский атом позитрония достигает ловушки Пеннинга на конце устройства, он ионизируется, и позитрон захватывается ловушкой.
Поскольку этот метод накопления позитронов не был особенно эффективным, ATRAP переключился на накопитель буферного газа типа Сурко, что сейчас является стандартом в экспериментах, требующих большого количества позитронов. Это привело к хранению самого большого количества позитронов в ловушке Иоффе.
В отличие от ATHENA, ATRAP еще не прекращен и может постоянно улучшаться и расширяться. ATRAP теперь имеет ловушку Иоффе, которая может удерживать электрически нейтральный антиводород с помощью магнитного квадрупольного поля. Это возможно, потому что магнитный момент антиводорода отличен от нуля. Предполагается, что лазерная спектроскопия будет проводиться на антиводороде, хранящемся в ловушке Иоффе.
Сотрудничество ATRAP включает следующие учреждения:
ASACUSA (Атомная спектроскопия и столкновения с использованием медленных антипротонов) - эксперимент по проверке CPT-симметрии с помощью лазерной спектроскопии. антипротонного гелия и микроволновая спектроскопия сверхтонкой структуры антиводорода. Он также измеряет атомные и ядерные сечения антипротонов на различных мишенях при чрезвычайно низких энергиях. Первоначально он был предложен в 1997 году.
Эксперимент с антипротонными клетками (ACE) начался в 2003 году. Он направлен на полную оценку эффективности и пригодности антипротонов для лечения рака.
эксперимент АЛЬФА Эксперимент АЛЬФА разработан для улавливания нейтрального антиводорода в магнитной ловушке и проведения экспериментов с ними. Конечная цель этих усилий - проверить симметрию CPT путем сравнения атомных спектров водорода и антиводорода (см. спектральные серии водорода ). Коллаборация ALPHA состоит из некоторых бывших участников коллаборации ATHENA (первая группа, которая произвела холодный антиводород в 2002 году), а также ряда новых участников.
АЛЬФА сталкивается с несколькими проблемами. Магнитные ловушки, в которых нейтральные атомы захватываются с помощью их магнитных моментов, заведомо слабые; могут быть захвачены только атомы с кинетической энергией, эквивалентной менее одного кельвина. Холодный антиводород, созданный в 2002 году коллаборациями ATHENA и ATRAP, был получен путем слияния холодной плазмы из позитронов (также называемых антиэлектронами.) и антипротоны. Хотя этот метод оказался довольно успешным, он создает антиатомы со слишком большой кинетической энергией, чтобы их можно было поймать. Кроме того, для проведения лазерной спектроскопии этих антиатомов важно, чтобы они находились в их основном состоянии, что, по-видимому, не имеет места для большинства антиатомов. -атомы созданы до сих пор.
Антипротоны принимаются антипротонным замедлителем и «смешиваются» с позитронами из специально разработанного позитронного аккумулятора в универсальной ловушке Пеннинга. Центральная область, где происходит смешение и, следовательно, образование антиводорода, окружена сверхпроводящим октупольным магнитом и двумя аксиально разделенными короткими соленоидными «зеркальными катушками», чтобы сформировать «минимум- B » магнитная ловушка. После захвата антиводород можно подвергнуть детальному изучению и сравнить с водородом.
. Для обнаружения захваченных атомов антиводорода ALPHA также включает кремниевый вершинный детектор. Детектор цилиндрической формы состоит из трех слоев кремниевых панелей (полос). Каждая панель действует как позиционно-чувствительный детектор проходящих заряженных частиц. Записывая возбуждение панелей, ALPHA может восстановить треки заряженных частиц, проходящих через их детектор. Когда антипротон аннигилирует (распадается), этот процесс обычно приводит к испусканию 3–4 заряженных пионов. Их можно наблюдать с помощью детектора ALPHA и, реконструируя их треки через детектор, можно определить их происхождение и, таким образом, место аннигиляции. Эти треки сильно отличаются от треков космических лучей, которые также регистрируются, но имеют высокую энергию и проходят прямо через детектор. Внимательно анализируя следы, ALPHA различает космические лучи и аннигиляцию антипротонов.
Для обнаружения успешного захвата магнит-ловушка ALPHA, который создавал минимальное B-поле, был разработан, чтобы позволить ему быстро и многократно обесточиваться. Спад токов при обесточивании имеет характерное время 9 мс, что на порядки быстрее, чем в аналогичных системах. Это быстрое выключение и способность подавлять ложный сигнал от космических лучей должны позволить ALPHA обнаруживать высвобождение даже одного захваченного атома антиводорода во время обесточивания ловушки.
Чтобы сделать антиводород достаточно холодным, чтобы его можно было поймать, коллаборация ALPHA внедрила новый метод, хорошо известный из атомной физики, который называется испарительным охлаждением. Мотивация для этого заключается в том, что одна из основных задач улавливания антиводорода - сделать его достаточно холодным. Ультрасовременные ловушки с минимальным содержанием B, такие как та, которую содержит ALPHA, имеют глубину в единицах температуры порядка одного градуса Кельвина. Поскольку доступных методов охлаждения антиводорода не существует, компоненты должны быть холодными и оставаться холодными для пласта. Антипротоны и позитроны нелегко охладить до криогенных температур, и поэтому использование испарительного охлаждения является важным шагом на пути к улавливанию антиводорода.
ALPHA в настоящее время изучает гравитационные свойства антивещества. Предварительный эксперимент в 2013 году показал, что гравитационная масса атомов антиводорода была между -65 и 110 раз больше их инертной массы, что оставляет значительный простор для уточнения с использованием больших чисел. более холодных атомов антиводорода.
Сотрудничество ALPHA включает следующие учреждения:
AEgIS (Antimatter E эксперимент : g ravity, I интерферометрия, S пектроскопия), i - эксперимент, который в настоящее время проводится в Антипротонном замедлителе.
AEgIS попытается определить, влияет ли гравитация на антиматерию так же, как она влияет на материю, путем тестирования его действие на пучок антиводорода. Первая фаза эксперимента создает антиводород: антипротоны из антипротонного замедлителя соединяются с позитронами, создавая импульс горизонтально движущихся атомов антиводорода. Эти атомы проходят через серию дифракционных решеток, в конечном итоге ударяясь о поверхность и, таким образом, аннигилируя. Точки, где аннигилирует антиводород, измеряются с помощью точного детектора. Области за решетками затемнены, а области за щелями - нет. Точки аннигиляции воспроизводят периодический узор из светлых и затемненных областей. Используя эту схему, можно измерить, сколько атомов с разной скоростью падает во время горизонтального полета. Таким образом, можно определить силу притяжения Земли на антиводород. Первоначально он был предложен в 2007 году. Строительство основного аппарата было завершено в 2012 году.
Сотрудничество с AEgIS включает следующие учреждения:
Антиматерия ЦЕРН фабрика - эксперимент GBAR (гравитационное поведение антиводорода в состоянии покоя) GBAR (Gravitational B ehaviour A nti водород при R оцен.), многонациональная компания Работа на антипротонном замедлителе (AD) ЦЕРН.
Проект GBAR направлен на измерение ускорения свободного падения ультрахолодных нейтральных анти атомов водорода в земном гравитационном поле. Эксперимент состоит в приготовлении антиводородных ионов (один антипротон и два позитрона ) и сочувственное охлаждение их ионами Be до менее 10 мкК. Затем ультрахолодные ионы будут фотоионизированы чуть выше порога, и будет измерено время свободного падения на известном расстоянии.
Сотрудничество GBAR включает следующие учреждения:
официальный логотип BASE BASE (Baryon A ntibaryon S ymmetry E xperiment), является многонациональным совместным проектом Antiproton Decelerator (AD) в ЦЕРН.
Целью японско-немецкого сотрудничества BASE является высокоточное исследование фундаментальных свойств антипротона, а именно отношения заряда к массе и магнитного момента. Для этого одиночные антипротоны хранятся в усовершенствованной системе ловушки Пеннинга, в основе которой лежит система двойной ловушки. Он состоит из прецизионной ловушки и ловушки для анализа. Прецизионная ловушка предназначена для высокоточных частотных измерений, на аналитическую ловушку наложена сильная неоднородность магнитного поля, которая используется для спектроскопии одиночных частиц с переворотом спина . Путем измерения скорости переворота вращения как функции частоты внешнего магнитного привода получают резонансную кривую. Вместе с измерением циклотронной частоты извлекается магнитный момент.
Коллаборация BASE разработала методы наблюдения первых переворотов спина одиночного захваченного протона и применила метод двойной ловушки для измерения магнитного момента протона с дробной точностью до трех частей на миллиард, т.е. наиболее точное измерение этого фундаментального свойства протона. Применение метода для измерения магнитного момента антипротона с аналогичной точностью улучшит точность этого значения по крайней мере в 1000 раз и обеспечит один из самых строгих тестов на инвариантность CPT на сегодняшний день.
Сотрудничество BASE включает следующие учреждения:
Координаты : 46 ° 14′02 ″ с.ш., 6 ° 02′47 ″ в.д. / 46,23389 ° с.ш. 6.04639 ° в.д. / 46.23389; 6.04639
