Bardzo zimny antywodór 21.03.03 Helena Białkowska

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

Po co?

Skala energii i temperatur

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

Antiproton Decelerator AD

Cykl AD

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

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

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

Podstawowe narzędzie: pułapka Penninga

Detektor Athena

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

Detekcja Hbar w Athenie (w stylu fizyki cząstek)

Sygnał antywodoru

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

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’

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

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

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

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

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

Dokładność pomiaru dla wodoru: Czułość 10-16

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)

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

Pomiary przejść atomowych

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