Athena 실험

ATHENA experiment
"ATENA"는 여기서 리다이렉트 됩니다.ESA X선 우주 망원경은 고에너지 천체물리학용 고급 망원경을 참조하십시오.그리스 여신은 아테나를 참고하세요.그 외의 용도는, Athena(명료화)를 참조해 주세요.
안티프로톤 감속기
(AD)
엘레나초저전력 안티프로톤 링– AD에서 발생하는 안티프로톤 감속
AD 실험
아테나AD-1 항수소 생산 및 정밀 실험
ATRAPAD-2 정밀 레이저 분광법을 위한 냉간 항수소
아사쿠사AD-3 원자분광학 및 안티프로톤과의 충돌
ACEAD-4 안티프로톤 세포 실험
알파AD-5 항수소 레이저 물리 장치
이지스AD-6 항수소 실험 중력 간섭 분광법
GBARAD-7 정지 상태의 반수소 중력 거동
기초AD-8 바리온 반바리온 대칭 실험
푸마AD-9 안티프로톤 불안정 물질 소멸

AD-1 실험으로도 알려진 아테나는 제네바 CERN의 반물질 연구 프로젝트였다.2002년 8월 [1][2]네이처에 보고된 바와 같이 저에너지 반수소 원자 50,000개를 생산하는 첫 번째 실험이었다.2005년, Athena는 해체되었고 많은 연구팀원들이 후속 알파 실험에 참여했다.

실험 셋업

Athena 실험에서 반수소 원자에 의한 실제 물질-반물질 전멸.안티프로톤은 CsI 결정(노란색 큐브)에 에너지를 축적하기 전에 실리콘 마이크로스트립(핑크색)에 의해 위치가 지정되는 4개의 대전 파이온(노란색)을 생성합니다.양전자는 또한 연속 감마선(빨간색)을 생성하기 위해 소멸한다.

Athena 장치는 4개의 주요 서브시스템으로 구성되었다: 대양성자 포획 트랩, 양전자 축전기, 대양성자 혼합 트랩 및 대수소 소멸 검출기.실험의 모든 트랩은 하전 입자를 가로로 가두는 축 자기장과 축으로 가두는 일련의 중공 원통형 전극을 사용하는 페닝 트랩의 변형이었다.포착 트랩과 혼합 트랩은 서로 인접해 있으며 초전도 [3][4]솔레노이드에서 나오는 3T 자기장과 동축입니다.

양전자 축전지는 전계 강도가 0.14 테슬라인 자체 자기 시스템과 솔레노이드를 가지고 있었다.초전도 자석의 보어에 있는 별도의 극저온 열교환기는 포획 및 혼합 트랩을 약 15K까지 냉각했습니다.Athena 장치는 [5][6]특히 장치에 많은 양의 양전자를 도입할 때 실험적인 유연성을 허용하는 개방적인 모듈식 설계를 특징으로 했습니다.

캐치트랩

포획 트랩이 느려지고, 갇히고, 냉각되고, 안티프로톤이 축적되었습니다.안티프로톤을 식히기 위해 포획 트랩은 먼저 3×10개의8 전자로 장전되어 3테슬라 자기장의 싱크로트론 방사선에 의해 냉각되었다.일반적으로 AD는 운동 에너지 5.3 MeV와 펄스 지속 시간이 200 ns인 2×10개의7 안티프로톤을 100초 간격으로 실험에 전달하였다.안티프로톤은 얇은 호일 안에서 느려졌고 펄스 전기장을 이용해 갇혔다.안티프로톤은 에너지를 잃고 쿨롱 상호작용에 의해 차가운 전자와 평형을 이뤘다.반양전자와 양전자를 섞기 전에 전자가 방출되었다.각 AD 샷은 상호 작용 [7]실험을 위해 약 3×103 콜드 안티프로톤을 생성했다.

양전자 축전기

양전자 축전지는 속도가 느려지고, 방사성 선원에서 방출된 양전자가 갇히고, 축적되었다(1.4×109 Bq Na).300초 동안 축적하면 1.5×10개의8 양전자가 생성되며, 그 중 50%는 혼합 트랩으로 전달되어 싱크로트론 [8]방사선에 의해 냉각되었다.

혼합 트랩

혼합 트랩은 중첩된 페닝 트랩의 축방향 전위 구성을 가지고 있으며, 이를 통해 반대 전하의 2개의 플라스마가 접촉할 수 있었습니다.Athena에서 구상 양전자 구름은 자극적이고 축방향 플라즈마 진동을 감지하는 특징이 있을 수 있다.대표적인 조건은 저장 양전자7 7×10개, 반지름 2–2.5mm, 길이 32mm, 최대 밀도 2.5×10cm였다8−3.항수소소멸검출기는 혼합영역과 동축상, 트랩 외측반경과 자석보어 사이에 배치되었다.

항수소소멸검출기

검출기는 중성 반수소 원자가 전자파 트랩을 벗어나 트랩 전극에 부딪혔을 때 반양성자와 양전자가 시간적, 공간적으로 동시에 소멸되는 것을 검출함으로써 반수소 생산에 대한 명확한 증거를 제공하도록 설계되었다.반양성자는 일반적으로 몇 개의 전하 또는 중성 파이온으로 전멸합니다.충전된 파이온은 위치에 민감한 실리콘 마이크로스트립의 두 층에 의해 검출되었습니다.두 층을 통과하는 하전 입자의 경로를 재구성할 수 있으며, 두 개 이상의 교차 트랙을 통해 반양성자 소멸의 위치 또는 정점을 결정할 수 있었다.정점 결정의 불확실성은 약 4mm였으며, 자기장에서 하전 파이온의 궤적이 측정되지 않은 곡률에 의해 지배되었다.시간 일치 창은 약 5마이크로초였습니다.상호작용 영역의 입체 각도 범위는 4µ의 [9]약 80%였다.

전자와 함께 전멸하는 양전자는 두세 개의 광자를 생성한다.각각 12개의 섬광 순수 요오드화 세슘 결정이 포함된 16개의 행으로 구성된 양전자 검출기는 항상 연속적으로 방출되는 2개의 511 keV 광자로 구성된 2개의 광자 이벤트를 검출하도록 설계되었다.검출기의 에너지 분해능은 511 keV에서 최대 18% 전폭이며, 단일 광자에 대한 광 피크 검출 효율은 약 20%였다.전체 검출기의 최대 판독 속도는 약 40Hz였다.보조 검출기에는 자석 외부의 대형 섬광기 패들과 입사 반양성자 빔이 포착 트랩에 들어가기 전에 통과하는 얇고 위치 민감한 실리콘 다이오드가 포함되었다.

반수소 원자를 생성하기 위해, 혼합 영역의 양전자 유정은 약 7×10개의7 양전자로 채워졌고 주변 온도(15도 켈빈)까지 냉각되었습니다.그런 다음 양전자 우물 주위에 내포된 트랩이 형성되었습니다.다음으로 트랩을 하나의 전위 구성에서 다른 전위 구성으로 펄스함으로써 약 104개의 안티프로톤이 혼합 영역으로 발사되었습니다.혼합 시간은 190초이며, 그 후 모든 입자가 덤프되고 프로세스가 반복됩니다.이미징 실리콘 검출기를 트리거하는 이벤트(외부 레이어에서 3면이 히트)에 의해 실리콘 및 CsI 모듈의 판독이 개시됩니다.

이 방법을 사용하면 2002년에 [10]처음으로 수천 개의 차가운 항수소 원자를 생산할 수 있습니다.

Athena 콜라보레이션

2002년 9월 20일 수천 개의 항수소 원자의 성공적인 생산을 축하하기 위해 Athena의 공동작업 회원들이 모였다.

Athena 콜라보레이션은 다음과 같은 [11]기관으로 구성되어 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ "Thousands of cold anti-atoms produced at CERN" (Press release). CERN. 18 September 2002.
  2. ^ Amoretti, M.; et al. (ATHENA Collaboration) (2002). "Production and detection of cold antihydrogen atoms". Nature. 419 (6906): 456–459. Bibcode:2002Natur.419..456A. doi:10.1038/nature01096. PMID 12368849. S2CID 4315273.
  3. ^ Amsler, C.; Bonomi, G.; Fontana, A.; Kellerbauer, A.; Lagomarsino, V.; Rizzini, E. Lodi; Rotondi, A.; Testera, G.; Venturelli, L.; Zurlo, N. (2014-08-10). "The ATHENA experiment for the study of antihydrogen". International Journal of Modern Physics A. 29 (20): 1430035. Bibcode:2014IJMPA..2930035A. doi:10.1142/S0217751X1430035X. ISSN 0217-751X.
  4. ^ "Ask The Experts". Scientific American. 293 (3): 124. September 2005. Bibcode:2005SciAm.293c.124.. doi:10.1038/scientificamerican0905-124. ISSN 0036-8733.
  5. ^ Fujiwara, M. C.; Amoretti, M.; Amsler, C.; Bonomi, G.; Bouchta, A.; Bowe, P. D.; Canali, C.; Carraro, C.; Cesar, C. L.; Charlton, M.; Doser, M. (2008-07-30). "Temporally Controlled Modulation of Antihydrogen Production and the Temperature Scaling of Antiproton-Positron Recombination". Physical Review Letters. 101 (5): 053401. Bibcode:2008PhRvL.101e3401F. doi:10.1103/PhysRevLett.101.053401. ISSN 0031-9007. PMID 18764390.
  6. ^ Berg, M.; Haack, M.; Körs, B. (2004-06-01). "Brane/flux interactions in orientifolds". Fortschritte der Physik. 52 (67): 583–589. arXiv:hep-th/0312172. Bibcode:2004ForPh..52..583B. doi:10.1002/prop.200310148. ISSN 0015-8208. S2CID 15924007.
  7. ^ Cesar, C. L. (2005). "Cold Antihydrogen at ATHENA: Experimental Observation and Beyond". AIP Conference Proceedings. Rio de Janeiro (Brazil): AIP. 770: 33–40. Bibcode:2005AIPC..770...33C. doi:10.1063/1.1928839.
  8. ^ Funakoshi, R.; Amoretti, M.; Bonomi, G.; Bowe, P. D.; Canali, C.; Carraro, C.; Cesar, C. L.; Charlton, M.; Doser, M.; Fontana, A.; Fujiwara, M. C. (2007-07-19). "Positron plasma control techniques for the production of cold antihydrogen". Physical Review A. 76 (1): 012713. Bibcode:2007PhRvA..76a2713F. doi:10.1103/PhysRevA.76.012713. ISSN 1050-2947.
  9. ^ Amoretti, M.; Amsler, C.; Bonomi, G.; Bouchta, A.; Bowe, P.D.; Carraro, C.; Cesar, C.L.; Charlton, M.; Doser, M.; Filippini, V.; Fontana, A. (February 2004). "Production and detection of cold antihydrogen atoms". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment. 518 (1–2): 244–248. Bibcode:2004NIMPA.518..244A. doi:10.1016/j.nima.2003.10.072.
  10. ^ Amoretti, M.; et al. (ATHENA Collaboration) (February 2004). "The ATHENA antihydrogen apparatus". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. 518 (3): 679–711. Bibcode:2004NIMPA.518..679A. CiteSeerX 10.1.1.467.7912. doi:10.1016/j.nima.2003.09.052.
  11. ^ "The ATHENA Collaboration". CERN. Archived from the original on 1 March 2012. Retrieved 1 February 2010.

외부 링크

  • INSPIRE-HEP에서의 Athena 실험 기록