Jump to content

Антипротонный замедлитель

Координаты : 46 ° 14'02 "N 6 ° 02'47" E  /  46,23389 ° N 6,04639 ° E  / 46,23389; 6,04639
ЦЕРН Комплекс
Текущие объекты по частицам и ядерному оборудованию
БАК Ускоряет протоны и тяжелые ионы
ЛАГЕРЬ Ускоряет ионы
СПС Ускоряет протоны и ионы
Промсвязьбанк Ускоряет протоны
ПС Ускоряет протоны или ионы
Линак 3 Вводит тяжелые ионы в LEIR
Линак4 Ускоряет ионы
ОБЪЯВЛЕНИЕ Замедляет антипротоны
ЕЛЕНА Замедляет антипротоны
ИЗОЛЬДА Создает пучки радиоактивных ионов.
Врачи Производит изотопы для медицинских целей

Антипротонный замедлитель ( AD ) — накопительное кольцо в лаборатории ЦЕРН недалеко от Женевы . [1] Он был построен на основе Коллектора антипротонов (AC) как преемник Кольца антипротонов низкой энергии (LEAR) и начал работу в 2000 году. Антипротоны создаются путем воздействия пучка протонов из протонного синхротрона на металлическую мишень. АД замедляет образующиеся антипротоны до энергии 5,3 МэВ, которые затем выбрасываются в один из нескольких связанных экспериментов.

Основными целями экспериментов в AD являются спектроскопическое наблюдение антиводорода и изучение влияния гравитации на антивещество. Хотя каждый эксперимент в AD преследует разные цели: от тестирования антивещества для лечения рака до исследования симметрии CPT и исследования антигравитации .

Объекты антивещества
Антипротонное кольцо низкой энергии (1982–1996)
Антипротонный аккумулятор антипротонов Производство
Коллектор антипротонов Замедленные и запасенные антипротоны
Фабрика антиматерии (2000 – настоящее время)
Антипротонный замедлитель (АД) Замедляет антипротоны
Антипротонное кольцо сверхнизкой энергии (ЕЛЕНА) Тормозит антипротоны, полученные от АД.

С 1982 по 1996 год ЦЕРН эксплуатировал Кольцо антипротонов низкой энергии (LEAR) , с помощью которого было проведено несколько экспериментов с медленно движущимися антипротонами. На завершающих этапах LEAR физическое сообщество, участвовавшее в этих экспериментах с антивеществом , хотело продолжить исследования медленных антипротонов. Мотивацией к созданию AD послужил семинар по антиводороду , состоявшийся в Мюнхене в 1992 году. [2] [3] Эта идея была быстро реализована, и технико-экономическое обоснование AD было завершено к 1995 году. [4]

В 1996 году Совет ЦЕРН попросил подразделение протонных синхротронов (ПС) изучить возможность генерации медленных пучков антипротонов. В 1996 году подразделение PS подготовило проектное исследование с решением использовать коллектор антипротонов (AC) и преобразовать его в единый замедлитель антипротонов. AD был утвержден в феврале 1997 года. [5] [6]

Модификация АС, установка АД и пусконаладочные работы проводились в течение следующих трех лет. К концу 1999 года кольцо переменного тока было модифицировано в замедлитель и систему охлаждения, образовав Антипротонный замедлитель. [3] [7]

Замедлитель

[ редактировать ]

Овальный периметр AD состоит из четырех прямых участков, на которых размещены системы торможения и охлаждения. В этих секциях имеется несколько дипольных и квадрупольных магнитов, чтобы избежать рассеивания луча . Антипротоны охлаждаются и замедляются за один 100-секундный цикл в синхротроне AD. [3]

Производство антипротонов

[ редактировать ]

AD требует около протоны с импульсом 26 ГэВ/с для образования антипротонов в минуту. Протоны высокой энергии, поступающие из протонного синхротрона, сталкиваются с тонким, очень плотным стержнем из металлического иридия диаметром 3 мм и длиной 55 см. [3] Иридиевый стержень, заключенный в графит и заключенный в герметичный титановый корпус с водяным охлаждением, остается неповрежденным. Но столкновения создают множество энергичных частиц, включая антипротоны. Магнитная биконическая алюминиевая линза рупорного типа собирает антипротоны, вылетающие из мишени. Этот коллектор принимает антипротоны с энергией 3,5 ГэВ/c , и они отделяются от других частиц за счет отклонения электромагнитными силами. [3] [4]

CERN AD с экспериментами ALPHA, ASACUSA и ATRAP.

Замедление, накопление и охлаждение

[ редактировать ]

Радиочастотные (РЧ) системы замедляют и группируют охлажденные антипротоны со скоростью 3,5 ГэВ/c. Многочисленные магниты внутри фокусируют беспорядочно движущиеся антипротоны в коллимированный луч и изгибают его. Одновременно электрические поля еще больше замедляют их. [1] [4]

Стадии стохастического охлаждения и электронного охлаждения, сконструированные внутри АД, уменьшают энергию пучков, а также ограничивают пучок антипротонов от существенных искажений. Стохастическое охлаждение применяется для антипротонов при 3,5 ГэВ/с, а затем при 2 ГэВ/с, после чего следует электронное охлаждение при 0,3 ГэВ/с и 0,1 ГэВ/с. Конечный выходной пучок имеет импульс 0,1 ГэВ/c ( кинетическая энергия равна 5,3 МэВ). Эти антипротоны движутся со скоростью примерно в одну десятую скорости света. [1] [3] [7]

Но для экспериментов нужны пучки гораздо меньшей энергии (от 3 до 5 кэВ). Таким образом, антипротоны снова замедляются до ~ 5 КэВ с помощью фольг-деградаторов. На этом этапе происходит потеря 99,9% антипротонов. Собранные антипротоны затем временно сохраняются в ловушках Пеннинга ; перед тем, как его включили в несколько экспериментов AD. Ловушки Пеннинга также могут образовывать антиводород путем объединения антипротонов с позитронами . [3] [7]

ЕЛЕНА кольцо

ЕЛЕНА (Антипротон со сверхнизкой энергией) представляет собой 30-метровое гексагональное накопительное кольцо, расположенное внутри комплекса AD. [8] [9] Он предназначен для дальнейшего замедления пучка антипротонов до энергии 0,1 МэВ для более точных измерений. [10] [11] Первый луч разослал ЕЛЕНА 18 ноября 2016 года. [12] GBAR был первым экспериментом, в котором использовался луч от Елены, а остальные эксперименты AD последовали этому примеру после LS2, когда ко всем экспериментам с использованием установки будут проложены линии передачи луча от Елены. [13]

эксперименты по AD

[ редактировать ]
эксперименты по AD
Эксперимент Кодовое имя Пресс-секретарь Заголовок Предложенный Одобренный Началось Завершенный Связь Веб-сайт
АД-1 АФИНА Альберто Ротонди Производство антиводорода и прецизионные эксперименты 20 октября 1996 г. 12 июня 1997 г. 6 апреля 2001 г. 16 ноября 2004 г. ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга
АД-2 ЛОВИТЬ Джеральд Габриэльс Холодный антиводород для точной лазерной спектроскопии 25 марта 1997 г. 12 июня 1997 г. 12 февраля 2002 г. Бег ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга
Веб-сайт заархивирован 2 августа 2016 г. в Wayback Machine.
АД-3 АСАКУСА Эберхард Видманн и Масаки Хори Атомная спектроскопия и столкновения использованием с медленных антипротонов 7 октября 1997 г. 20 ноября 1997 г. 12 февраля 2002 г. Бег ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга
Веб-сайт заархивирован 17 января 2016 г. в Wayback Machine.
АД-4 ТУЗ Михаэль Хольцшайтер Относительная биологическая эффективность и периферический ущерб аннигиляции антипротонов 21 августа 2002 г. 6 февраля 2003 г. 26 января 2004 г. 24 сентября 2013 г. ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга
Веб-сайт
АД-5 АЛЬФА Джеффри Хангст Антиводородный лазерный физический аппарат 21 сентября 2004 г. 2 июня 2005 г. 18 апреля 2008 г. Бег ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга
Веб-сайт
АД-6 ИЭГИС Руджеро Каравита Антивещество Эксперимент Гравитация Интерферометрия Спектроскопия 8 июня 2007 г. 5 декабря 2008 г. 28 сентября 2014 г. Бег ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга
Веб-сайт
АД-7 ГБАР Патрис Перес Гравитационное поведение антиводорода в покое 30 сентября 2011 г. 30 мая 2012 г. 03 октября 2012 г. Подготовка ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга
Веб-сайт заархивирован 20 августа 2016 г. в Wayback Machine.
АД-8 БАЗА Стефан Ульмер барион по антибарионной - симметрии Эксперимент апрель 2013 г. 5 июня 2013 г. 9 сентября 2014 г. Бег ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга
Веб-сайт
АД-9 ПУМА Александр Обертелли антипротонная нестабильной материи аннигиляция 29 сен 2019 г. 17 марта 2021 г. Н/Д Подготовка ВДОХНОВЛЯТЬ
Серая книга

АФИНА , эксперимент AD-1, представлял собой проект по исследованию антивещества , который проводился на Антипротонном замедлителе. , в августе 2002 года это был первый эксперимент по получению 50 000 низкоэнергетических атомов антиводорода Как сообщает журнал Nature . [14] [15] В 2005 году ATHENA была расформирована, и многие из бывших участников работали над последующим экспериментом ALPHA .

Коллаборация «Антиводородная ловушка» (ATRAP), ответственная за эксперимент AD-2, является продолжением коллаборации TRAP , которая начала собирать данные для эксперимента PS196 в 1985 году. [16] [17] Эксперимент TRAP (PS196) впервые открыл холодные антипротоны , холодные позитроны и впервые заставил компоненты холодного антиводорода взаимодействовать. Позже члены ATRAP впервые применили точную водородную спектроскопию и наблюдали первые горячие атомы антиводорода.

Атомная спектроскопия и столкновения с использованием медленных антипротонов (ASACUSA), AD-3, представляет собой эксперимент по проверке CPT-симметрии с помощью лазерной спектроскопии гелия и микроволновой спектроскопии сверхтонкой структуры антиводорода антипротонного . Он сравнивает материю и антиматерию с использованием антиводорода и антипротонного гелия и изучает столкновения материи и антиматерии. [18] [19] Он также измеряет атомные и ядерные сечения антипротонов на различных мишенях при чрезвычайно низких энергиях. [20]

Члены коллаборации ACE на экспериментальной установке

Эксперимент на антипротонных клетках (ACE), AD-4, начался в 2003 году. Его цель – полностью оценить эффективность и пригодность антипротонов для терапии рака . Результаты показали, что антипротонов, необходимых для разрушения опухолевых клеток, было в четыре раза меньше, чем необходимое количество протонов. Влияние антипротонов на здоровые ткани было значительно меньше. Хотя эксперимент завершился в 2013 году, дальнейшие исследования и проверки все еще продолжаются из-за длительных процедур внедрения новых методов лечения. [21] [22]

АЛЬФА-эксперимент

Установка для лазерной физики антиводорода (АЛЬФА), эксперимент АД-5, предназначена для захвата нейтрального антиводорода в магнитную ловушку и проведения над ними экспериментов. Конечная цель этой работы — проверить симметрию CPT путем сравнения атомных спектров водорода ) и антиводорода (см. Спектральный ряд водорода . [23] Коллаборация АЛЬФА состоит из нескольких бывших членов коллаборации ATHENA (первая группа, производившая холодный антиводород в 2002 году), а также ряда новых членов.

AEgIS, Эксперимент с антиматерией: гравитация, интерферометрия, спектроскопия, AD-6, представляет собой эксперимент на антипротонном замедлителе.AEgIS попытается определить, ли гравитация влияет на антиматерию так же, как она влияет на обычную материю , проверяя ее влияние на луч антиводорода . На первом этапе эксперимента был создан антиводород с использованием реакции перезарядки между антипротонами из антипротонного замедлителя (AD) и позитрония , производящей импульс атомов антиводорода. Эти атомы проходят через ряд дифракционных решеток , в конечном итоге ударяются о поверхность и, таким образом, аннигилируют . Точки аннигиляции антиводорода измеряются точным детектором. Области за решетками затенены, а за щелями — нет. Точки аннигиляции воспроизводят периодический рисунок светлых и затененных областей. Используя эту закономерность, можно измерить, сколько атомов с разными скоростями перемещается по вертикали под действием силы тяжести во время горизонтального полета. Следовательно, можно определить силу гравитации Земли, действующую на антиводород. [24]

Эксперимент GBAR (гравитационное поведение антиводорода в состоянии покоя)

GBAR (Гравитационное поведение антиводорода в состоянии покоя), эксперимент AD-7, является результатом международного сотрудничества на антипротонном замедлителе ЦЕРН.Целью проекта GBAR является измерение ускорения свободного падения ультрахолодных нейтральных атомов антиводорода в земном гравитационном поле . Измеряя ускорение свободного падения антиводорода и сравнивая его с ускорением обычного водорода, GBAR проверяет принцип эквивалентности, предложенный Альбертом Эйнштейном . Принцип эквивалентности гласит, что гравитационная сила, действующая на частицу, не зависит от ее внутренней структуры и состава. [25]

BASE (Эксперимент по барион-антибарионной симметрии), AD-8, представляет собой многонациональное сотрудничество в рамках антипротонного замедлителя ЦЕРН.

Цель японско-немецкого сотрудничества BASE [26] представляют собой высокоточные исследования фундаментальных свойств антипротона, а именно отношения заряда к массе и магнитного момента . Одиночные антипротоны хранятся в усовершенствованной системе ловушек Пеннинга , в основе которой лежит система двойной ловушки, предназначенная для высокоточных измерений частоты и для с переворотом спина спектроскопии одиночных частиц . Измеряя скорость переворота вращения как функцию частоты внешнего магнитного привода, получают резонансную кривую. Вместе с измерением циклотронной частоты извлекается магнитный момент.

PUMA (эксперимент по аннигиляции антипротонной нестабильной материи), AD-9, направлен на изучение квантовых взаимодействий и процессов аннигиляции между антипротонами и экзотическими медленно движущимися ядрами . Экспериментальные цели PUMA требуют транспортировки около одного миллиарда захваченных антипротонов, созданных AD и ELENA, в центр ядерной физики ISOLDE в ЦЕРН, который будет поставлять экзотические ядра. [27] Антивещество никогда раньше не вывозилось из установки AD. Проектирование и строительство ловушки для этого транспорта — самый сложный аспект сотрудничества PUMA. [28] [29] [27]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б с «Антипротонный замедлитель – ЦЕРН» . Проверено 21 декабря 2016 г.
  2. ^ «Семинар по антиводороду, Мюнхен, Германия, 30–31 июля 1992 г.» . Сверхтонкое взаимодействие. 76 (1993) 1, стр. 1–397 . Спрингер. 1993 год . Проверено 6 июля 2021 г.
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж г Бэрд, ЮАР; Берлин, Д.; Бойо, Дж.; Боссер, Жак; Бруэ, М.; Батткус, Дж.; Касперс, Фридхельм; Чохан, В.; Деккерс, Дэниел (1996). Проектная проработка антипротонного замедлителя: А.Д. doi : 10.17181/cern.knxm.aykr .
  4. ^ Jump up to: а б с Отен, Бруно; Бэрд, ЮАР; Берлин, Д.; Бойо, Дж.; Боссер, Жак; Бруэ, М.; Касперс, Фридхельм; Шанель, М.; Чохан, В. (1995). Антипротонный замедлитель (АД), упрощенный источник антипротонов (технико-экономическое обоснование) . дои : 10.17181/cern.0w6p.8onp .
  5. ^ ЦЕРН. Женева. Исследовательский совет; ЦЕРН. Женева. Исследовательский совет, ред. (1997). Протокол 130-го заседания Исследовательского совета, состоявшегося в четверг, 6 февраля 1997 г. CERN-DG-RB-Протокол.
  6. ^ «Антипротонное кольцо низкой энергии» . ЦЕРН . Проверено 6 июля 2021 г.
  7. ^ Jump up to: а б с Эмери, JY; Мори, С. (9 августа 1999 г.). «Антипротонный замедлитель: обзор» . Ядерная физика А . 655 (1–2): c345–c352. Бибкод : 1999NuPhA.655..345H . дои : 10.1016/S0375-9474(99)00223-7 . ISSN   0375-9474 .
  8. ^ «ЕЛЕНА – Дом» .
  9. ^ Олерт, В. (2015). «Проект ЕЛЕНА в ЦЕРН». Акта Физика Полоника Б. 46 (1): 181. arXiv : 1501.05728 . Бибкод : 2015AcPPB..46..181O . дои : 10.5506/APhysPolB.46.181 . S2CID   119270123 .
  10. ^ Йоргенсен, Л.В.; Носыч, А; Санчес-Кесада, Дж; Харасимович, Дж; Легодек, Г; Анголетта, Мэн; Кюхлер, Д; Циклер, Т; Эрикссон, Т; Капатина, О; Доберс, Т (2014). Кольцо антипротона со сверхнизкой энергией (ЕЛЕНА) и его линии передачи: отчет о проектировании . Желтые отчеты ЦЕРН: Монографии. doi : 10.5170/CERN-2014-002 . ISBN  9789290834007 .
  11. ^ Мэдсен, Н. (2018). «Антипротонная физика в эпоху ЕЛЕНА» . Фил. Пер. Р. Сок. А. 376 (2116): 20170278. Бибкод : 2018RSPTA.37670278M . дои : 10.1098/rsta.2017.0278 . ПМК   5829179 . ПМИД   29459419 .
  12. ^ «Новое кольцо для замедления антиматерии – ЦЕРН» . Проверено 21 декабря 2016 г.
  13. ^ «Исключительно медленные антипротоны» . ЦЕРН . Проверено 28 февраля 2020 г. .
  14. ^ «Тысячи холодных антиатомов произведены в ЦЕРН» (Пресс-релиз). ЦЕРН . 18 сентября 2002 г.
  15. ^ Аморетти, М.; и др. (Коллаборация АФИНА) (2002). «Получение и обнаружение холодных атомов антиводорода» . Природа . 419 (6906): 456–459. Бибкод : 2002Natur.419..456A . дои : 10.1038/nature01096 . PMID   12368849 . S2CID   4315273 .
  16. ^ Габриэль, Г.; Фей, X.; Ороско, Л.; Тьёлкер, Р.; Хаас, Дж.; Калиновский, Х.; Трейнор, Т.; Келлс, В. (сентябрь 1990 г.). «Тысячекратное улучшение измеренной массы антипротона» . Письма о физических отзывах . 65 (11): 1317–1320. Бибкод : 1990PhRvL..65.1317G . дои : 10.1103/PhysRevLett.65.1317 . ISSN   0031-9007 . ПМИД   10042233 . {{cite journal}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )
  17. ^ «Серая книга: PS196» . greybook.cern.ch . Архивировано из оригинала 9 июля 2021 года . Проверено 6 июля 2021 г.
  18. ^ «АСАКУСА – Генерал» . Архивировано из оригинала 22 марта 2016 года . Проверено 21 декабря 2016 г.
  19. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 декабря 2013 года . Проверено 9 февраля 2011 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  20. ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 15 апреля 2013 года . Проверено 17 февраля 2010 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
  21. ^ «АСЕ – ЦЕРН» . Проверено 21 декабря 2016 г.
  22. ^ Басслер, Нильс; Алснер, Ян; Бейер, Герд; ДеМарко, Джон Дж.; Дозер, Майкл; Хайдукович, Драган; Хартли, Оливер; Ивамото, Кейсуке С.; Якель, Оливер; Кнудсен, Хельге В.; Ковачевич, Сандра (январь 2008 г.). «Антипротонная лучевая терапия» . Лучевая терапия и онкология . 86 (1): 14–19. дои : 10.1016/j.radonc.2007.11.028 . ПМИД   18158194 .
  23. ^ Мэдсен, Н. (2010). «Холодный антиводород: новый рубеж фундаментальной физики» . Философские труды Королевского общества А. 368 (1924): 3671–82. Бибкод : 2010RSPTA.368.3671M . дои : 10.1098/rsta.2010.0026 . ПМИД   20603376 . S2CID   12748830 .
  24. ^ Коллаборация Aegis (2018). «Эксперимент AEgIS» . ЦЕРН .
  25. ^ «ГБАР» . ЦЕРН . Проверено 29 июня 2021 г.
  26. ^ «официальный сайт BASE» .
  27. ^ Jump up to: а б Обертелли, Александр (2018). ПУМА: антипротоны и радиоактивные ядра . Меморандум. ЦЕРН. Женева. ISOLDE и Комитет по нейтронным времяпролетным экспериментам, INTC.
  28. ^ «Проект PUMA: Антиматерия кочует» . ЦЕРН . Проверено 11 июля 2021 г.
  29. ^ Ауманн, Т.; Бартманн, В.; Бувар, А.; Бойн-Франкенхайм, О.; Брош, А.; Бутин Ф.; Кальве, Д.; Карбонелл, Дж.; Чиджиато, П. (2019). ПУМА: антипротоны и радиоактивные ядра . Предложение. ЦЕРН. Женева. Комитет по экспериментам СПС и ПС, SPSC.
[ редактировать ]
  1. ГБАР-эксперимент
  2. Балки в AD
  3. Результаты альфа-эксперимента
  4. Источник антипротонов AD
  5. Веб-сайт AD. Архивировано 2 августа 2012 г. на Wayback Machine.
  6. сайт АФИНА
  7. сайт АТРАП
  8. Сайт АСАКУСА
  9. сайт АЛЬФА
  10. веб-сайт AEgIS
  11. «Что такое AD?» . ЦЕРН . Архивировано из оригинала 15 февраля 2006 года.
  12. «АФИНА фигурки и картины» . ЦЕРН . Архивировано из оригинала 22 июня 2007 года.
  13. Рекорд для антипротонного замедлителя на INSPIRE-HEP

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]

46 ° 14'02 "N 6 ° 02'47" E  /  46,23389 ° N 6,04639 ° E  / 46,23389; 6,04639

Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 72111c10337d64303ced607524ea5e86__1716828540
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/72/86/72111c10337d64303ced607524ea5e86.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Antiproton Decelerator - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)