Antiproton Decelerator - Antiproton Decelerator

Instalações de antimatéria
Anel antipróton de baixa energia (1982-1996)
Acumulador Antiproton	Produção de antiprótons
Coletor Antipróton	Antiprótons desacelerados e armazenados
Fábrica de Antimatéria (2000 até o presente)
Antiproton Decelerator (AD)	Desacelera antiprótons
Anel antipróton de energia extra baixa (ELENA)	Delera antiprótons recebidos de AD

CERN Complex
	Mapa do complexo acelerador CERN (Poster-2019-858)
Lista das atuais ; instalações de partículas e nucleares no CERN
LHC	Acelera prótons e íons pesados
LEIR	Acelera íons
SPS	Acelera prótons e íons
PSB	Acelera prótons
PS	Acelera prótons ou íons
Linac 3	Injeta íons pesados no LEIR
Linac4	Acelera íons
DE ANÚNCIOS	Desacelera antiprótons
ELENA	Desacelera antiprótons
ISOLDE	Produz feixes de íons radioativos

O Antiproton Decelerator ( AD ) é um anel de armazenamento no laboratório CERN perto de Genebra . Ele foi construído a partir do coletor de antiprótons (AC) para ser o sucessor do anel antipróton de baixa energia (LEAR) e começou a operar no ano 2000. Os antiprótons são criados impondo um feixe de prótons do síncrotron de prótons em um alvo de metal. O AD desacelera os antiprótons resultantes para uma energia de 5,3 MeV, que são então ejetados para um dos vários experimentos conectados.

Os principais objetivos dos experimentos no AD são observar espectroscopicamente o anti - hidrogênio e estudar os efeitos da gravidade na antimatéria. Embora cada experimento no AD tenha objetivos variados, desde testar antimatéria para terapia de câncer até simetria de CPT e pesquisa de antigravidade .

História

De 1982 a 1996, o CERN operou o Anel de Antiprótons de Baixa Energia (LEAR) , por meio do qual vários experimentos com antiprótons de movimento lento foram realizados. Durante os estágios finais do LEAR, a comunidade física envolvida nesses experimentos de antimatéria queria continuar seus estudos com os antiprótons lentos. A motivação para construir o AD surgiu do Workshop de Anti - hidrogênio realizado em Munique em 1992. Essa ideia foi levada adiante rapidamente e o estudo de viabilidade do AD foi concluído em 1995.

Em 1996, o Conselho do CERN solicitou à divisão Proton Synchrotron (PS) para estudar a possibilidade de gerar feixes antiprótons lentos. A divisão PS preparou um estudo de projeto em 1996 com a solução para utilizar o coletor de antiprótons (AC) e transformá-lo em uma única Máquina Desaceleradora de Antiprótons. O AD foi aprovado em fevereiro de 1997.

A modificação de AC, a instalação de AD e o processo de comissionamento foram realizados nos três anos seguintes. No final de 1999, o anel AC foi modificado em um desacelerador e sistema de resfriamento - formando o Antiproton Decelerator.

Desacelerador

O perímetro oval do AD tem quatro seções retas onde os sistemas de desaceleração e resfriamento são colocados. Existem vários ímãs dipolo e quadrupolo nessas seções para evitar a dispersão do feixe . Os antiprótons são resfriados e desacelerados em um único ciclo de 100 segundos no síncrotron AD.

Produção de antiprótons

AD requer cerca de prótons de momento para produzir antiprótons por minuto. Os prótons de alta energia provenientes do síncrotron de prótons são feitos para colidir com uma haste fina e altamente densa de metal irídio de 3 mm de diâmetro e 55 cm de comprimento. A haste de irídio embutida em grafite e envolvida por uma caixa de titânio resfriado a água permanece intacta. Mas as colisões criam muitas partículas energéticas, incluindo os antiprótons. Uma lente magnética bi-cônica do tipo chifre de alumínio coleta os antiprótons que emergem do alvo. Este coletor recebe os antiprótons, e eles são separados de outras partículas por meio de deflexão por meio de forças eletromagnéticas. ${\ displaystyle \ mathrm {10 ^ {13}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {26GeV / c}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {5 \ vezes 10 ^ {7}}}$ ${\ displaystyle \ mathrm {3.5GeV / c}}$

CERN AD com os experimentos ALPHA, ASACUSA e ATRAP.

Desaceleração, acumulação e resfriamento

Os sistemas de radiofrequência (RF) realizam as tarefas de desaceleração e agrupamento de antiprótons resfriados a 3,5GeV / c. Existem inúmeros ímãs dentro, que focalizam e dobram o antipróton que se move aleatoriamente em um feixe colimado . Simultaneamente, os campos elétricos os desaceleram.

O resfriamento estocástico e os estágios de resfriamento de elétrons projetados dentro do AD diminuem a energia dos feixes e também limitam o feixe de antiprótons de quaisquer distorções significativas. O resfriamento estocástico é aplicado para antiprótons a 3,5 GeV / ce depois a 2 GeV / c, seguido pelo resfriamento de elétrons a 0,3 GeV / ce a 0,1 GeV / c. O feixe de saída final tem um momento de 0,1GeV / C ( energia cinética igual a 5,3MeV). Esses antiprótons se movem com a velocidade de cerca de um décimo da luz.

Mas os experimentos precisam de feixes de energia muito mais baixa (3 a 5 KeV). Assim, os antiprótons são novamente desacelerados para ~ 5 KeV, usando as folhas degradantes. Essa etapa é responsável pela perda de 99,9% dos antiprótons. Os antiprótons coletados são armazenados temporariamente nas armadilhas Penning ; antes de ser alimentado em vários experimentos AD. As armadilhas Penning também podem formar anti-hidrogênio combinando antiprótons com pósitrons .

ELENA

Anel ELENA

ELENA ( Extra Low ENergy Antiproton ) é um anel de armazenamento hexagonal de 30 m situado dentro do complexo AD. Ele é projetado para desacelerar ainda mais o feixe de antiprótons para uma energia de 0,1 MeV para medições mais precisas. O primeiro feixe circulou ELENA em 18 de novembro de 2016. Espera-se que o anel esteja totalmente operacional ao final do Long Shutdown 2 (LS2) em 2021. GBAR foi o primeiro experimento a usar um feixe de ELENA, com o resto do AD experimentos seguindo o exemplo após LS2, quando as linhas de transferência de feixe de ELENA terão sido colocadas em todos os experimentos usando a instalação.

Experimentos AD

Experimentos AD
Experimentar	Nome de código	Porta-voz	Título	Proposto	Aprovado	Começou	Concluído	Ligação	Local na rede Internet
AD-1	ATENA	Alberto Rotondi	Produção de anti-hidrogênio e experimentos de precisão	20 de outubro de 1996	12 de junho de 1997	6 de abril de 2001	16 de novembro de 2004	INSPIRE Livro Cinza	-
AD-2	UMA ARMADILHA	Gerald Gabrielse	Anti-hidrogênio frio para espectroscopia a laser precisa	25 de março de 1997	12 de junho de 1997	12 de fevereiro de 2002	Correndo	INSPIRE Livro Cinza	Local na rede Internet
AD-3	ASACUSA	Eberhard Widmann e Masaki Hori	Um Tomic s pectroscopy um nd c ollisions u cante s baixos a ntiprotons	7 de outubro de 1997	20 de novembro de 1997	12 de fevereiro de 2002	Correndo	INSPIRE Livro Cinza	Local na rede Internet
AD-4	ÁS	Michael Holzscheiter	Eficácia biológica relativa e dano periférico da aniquilação de antiprótons	21 de agosto de 2002	6 de fevereiro de 2003	26 de janeiro de 2004	24 de setembro de 2013	INSPIRE Livro Cinza	Local na rede Internet
AD-5	ALFA	Jeffrey Hangst	A ntihidrogênio l aser ph ysics a pparatus	21 de setembro de 2004	2 de junho de 2005	18 de abril de 2008	Correndo	INSPIRE Livro Cinza	Local na rede Internet
AD-6	Égide	Michael Doser	A ntihidrogênio e xperimento g ravidade i nterferometria s espectroscopia	8 de junho de 2007	5 de dezembro de 2008	28 de setembro de 2014	Correndo	INSPIRE Livro Cinza	Local na rede Internet
AD-7	GBAR	Patrice Perez	L ravitational B ehaviour de um nti-Hidrogénio em R est	30 de setembro de 2011	30 de maio de 2012	03 de outubro de 2012	Preparação	INSPIRE Livro Cinza	Local na rede Internet
AD-8	BASE	Stefan Ulmer	B Aryon Um ntibaryon S ymmetry E Xperiment	Abril de 2013	5 de junho de 2013	9 de setembro de 2014	Correndo	INSPIRE Livro Cinza	Local na rede Internet
AD-9	PUMA	Alexandre Obertelli	Anti- P roton U nstable M atter A nnihilation	29 de setembro de 2019	17 de março de 2021	N / D	Preparação	INSPIRE Livro Cinza	-

ATENA

ATHENA , experimento AD-1, foi um projeto de pesquisa de antimatéria realizado no Antiproton Decelerator. Em agosto de 2002, foi o primeiro experimento a produzir 50.000 átomos de anti - hidrogênio de baixa energia , conforme relatado na Nature . Em 2005, o ATHENA foi dissolvido e muitos dos ex-membros trabalharam no experimento ALPHA subsequente .

UMA ARMADILHA

A colaboração Antihydrogen Trap (ATRAP), responsável pelo experimento AD-2, é uma continuação da colaboração TRAP , que começou a coletar dados para o experimento PS196 em 1985. O experimento TRAP (PS196) foi pioneiro em antiprótons frios , pósitrons frios e primeiro fez os ingredientes do anti - hidrogênio frio interagirem. Mais tarde, os membros da ATRAP foram os pioneiros na espectroscopia de hidrogênio precisa e observaram os primeiros átomos anti-hidrogênio quentes.

ASACUSA

Espectroscopia atômica e colisões usando antiprótons lentos (ASACUSA), AD-3, é um experimento que testa a simetria de CPT por espectroscopia a laser de hélio antiprotônico e espectroscopia de microondas da estrutura hiperfina do anti-hidrogênio . Ele compara a matéria e a antimatéria usando anti - hidrogênio e hélio antiprotônico e examina as colisões de matéria-antimatéria. Ele também mede seções transversais atômicas e nucleares de antiprótons em vários alvos com energias extremamente baixas.

ÁS

Membros da colaboração ACE na configuração experimental

O Experimento com células antiprótons (ACE), AD-4, começou em 2003. Seu objetivo é avaliar totalmente a eficácia e adequação dos antiprótons para a terapia do câncer . Os resultados mostraram que os antiprótons necessários para quebrar as células tumorais eram quatro vezes menos do que o número de prótons necessários. O efeito nos tecidos saudáveis devido aos antiprótons foi significativamente menor. Embora o experimento tenha terminado em 2013, mais pesquisas e validação ainda continuam, devido aos longos procedimentos de introdução de novos tratamentos médicos.

ALFA

Experimento ALPHA

O Aparelho de Física a Laser Anti- hidrogênio (ALPHA), o experimento AD-5, é projetado para prender o anti-hidrogênio neutro em uma armadilha magnética e conduzir experimentos com eles. O objetivo final desse esforço é testar a simetria do CPT por meio da comparação dos espectros atômicos do hidrogênio e do anti-hidrogênio (veja a série espectral do hidrogênio ). A colaboração ALPHA consiste em alguns ex-membros da colaboração ATHENA (o primeiro grupo a produzir anti-hidrogênio frio, em 2002), bem como vários novos membros.

Égide

AEgIS, Antimatter Experiment: gravidade, interferometria, espectroscopia, AD-6, é um experimento no Antiproton Decelerator. AEgIS tentaria determinar se a gravidade afeta a antimatéria da mesma forma que afeta a matéria , testando seu efeito em um feixe de anti - hidrogênio . A primeira fase do experimento cria o anti-hidrogênio: os antiprótons do Antiproton Decelerator são acoplados aos pósitrons , fazendo um pulso de átomos de anti-hidrogênio que se deslocam horizontalmente. Esses átomos são enviados através de uma série de grades de difração , atingindo uma superfície e, portanto, aniquilando-se . Os pontos onde o anti-hidrogênio se aniquila são medidos com um detector preciso. As áreas atrás das grades são sombreadas, enquanto as atrás das fendas não. Os pontos de aniquilação reproduzem um padrão periódico de áreas claras e sombreadas. Usando este padrão, pode ser medido quantos átomos de diferentes velocidades caem durante o vôo horizontal. Portanto, a força gravitacional da Terra no anti-hidrogênio pode ser determinada.

GBAR

Experimento GBAR (comportamento gravitacional de anti-hidrogênio em repouso)

GBAR (Comportamento Gravitacional do Anti-hidrogênio em Repouso), experimento AD-7, é uma colaboração multinacional no Antiproton Decelerator do CERN. O projeto GBAR visa medir a aceleração em queda livre de átomos anti-hidrogênio neutros ultrafrios no campo gravitacional terrestre . Ao medir a aceleração de queda livre do anti-hidrogênio e compará-la com a aceleração do hidrogênio normal, o GBAR está testando o princípio de equivalência proposto por Albert Einstein . O princípio da equivalência diz que a força gravitacional em uma partícula é independente de sua estrutura e composição interna.

BASE

BASE (Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), AD-8, é uma colaboração multinacional no Antiproton Decelerator do CERN.

O objetivo da colaboração japonesa / alemã BASE são investigações de alta precisão das propriedades fundamentais do antipróton, ou seja, a relação carga-massa e o momento magnético . Os antiprótons únicos são armazenados em um sistema avançado de armadilha Penning , que possui um sistema de armadilha dupla em seu núcleo, para medições de frequência de alta precisão e para espectroscopia de rotação de partícula única . Medindo a taxa de rotação de rotação como uma função da frequência de uma unidade magnética aplicada externamente, uma curva de ressonância é obtida. Junto com a medição da frequência do cíclotron, o momento magnético é extraído.

PUMA

O PUMA (experimento de aniquilação de matéria instável antipróton), AD-9, visa examinar as interações quânticas e os processos de aniquilação entre os antiprótons e os núcleos exóticos de movimento lento . Os objetivos experimentais da PUMA requerem que cerca de um bilhão de antiprótons aprisionados feitos por AD e ELENA sejam transportados para a instalação de física nuclear ISOLDE no CERN, que fornecerá os núcleos exóticos. A antimatéria nunca foi transportada para fora das instalações do AD antes. Projetar e construir uma armadilha para esse transporte é o aspecto mais desafiador para a colaboração da PUMA.

Veja também

Referências

links externos

Experimento GBAR
Vigas em AD
Resultados do experimento alfa
Fonte antipróton da AD
Site AD
Site ATHENA
Site ATRAP
Site ASACUSA
Site ALPHA
Site da AEgIS
"O que é o AD?" . CERN . Arquivado do original em 15 de fevereiro de 2006.
"Figuras e imagens de ATHENA" . CERN . Arquivado do original em 22 de junho de 2007.

Leitura adicional

G. Gache (12 de julho de 2008). "Como a antimatéria interagiria com a gravidade?" . Softpedia .
G. Drobychev; et al. (Colaboração AEGIS) (8 de junho de 2007). "Proposta para o experimento AEGIS no CERN Antiproton Decelerator (Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy)" (PDF) . CERN .
G. Testera; et al. (2008). "Formação de um feixe de anti-hidrogênio frio em AEGIS para medições de gravidade". AIP Conference Proceedings . 1037 : 5–15. arXiv : 0805.4727 . Bibcode : 2008AIPC.1037 .... T5 . doi : 10.1063 / 1.2977857 . S2CID 55052697 .

Coordenadas : 46 ° 14′02 ″ N 6 ° 02′47 ″ E / 46,23389 ° N 6,04639 ° E / 46,23389; 6.04639

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