Эксперимент ASACUSA

Атомная спектроскопия и столкновения с использованием медленных антипротонов (ASACUSA) , AD-3 , является экспериментом на замедлителе антипротонов (AD) в ЦЕРНе . Эксперимент был предложен в 1997 году, сбор данных начался в 2002 году с использованием пучков антипротонов из AD, и будет продолжен в будущем в рамках замедлителя AD и ELENA .

Сотрудничество ASACUSA проверяет CPT-симметрию с помощью лазерной спектроскопии антипротонного гелия и микроволновой спектроскопии сверхтонкой структуры антиводорода . Оно сравнивает материю и антиматерию с помощью антиводорода и антипротонного гелия и изучает столкновения материи и антиматерии. ^{[1] [2] [3] Оно также} измеряет атомные и ядерные сечения антипротонов на различных мишенях при чрезвычайно низких энергиях. ^[4]

В 2020 году ASACUSA в сотрудничестве с Институтом Пауля Шеррера (PSI) сообщили о спектральных измерениях долгоживущего пионного гелия . ^{[5] [6] [7]}

В 2022 году ASACUSA сообщила о спектральных измерениях антипротонного гелия, взвешенного в газообразных и жидких ( He-I и He-II ) мишенях. Резкое сужение спектральных линий было обнаружено при температурах, близких к температуре сверхтекучего фазового перехода. Узость и симметрия спектральных линий для антипротонного гелия контрастируют с другими типами атомов, взвешенных в He-I и He-II. Предполагается, что это связано с порядком меньшего орбитального радиуса 40 пм, который сравнительно не изменяется при лазерном возбуждении. ^{[8] [9] [10]}${\displaystyle \сим }$

ASACUSA получает пучки антипротонов из замедлителя AD и ELENA. Эти пучки замедляются до энергии 0,01 МэВ с помощью радиочастотного замедлителя, а антипротоны хранятся в ловушках MUSASHI. Позитроны для формирования атомов антиводорода получаются из радиоактивного источника и хранятся в аккумуляторе позитронов. Смешение антипротонов и позитронов образует поляризованный и холодный антиводород внутри двойной ловушки-каспа. Поляризованные атомы антиводорода из этой системы затем поступают в спектрометр, где проводятся измерения. ^[11]${\displaystyle {\ce {Na^{22}}}}$

Сверхтонкие спектроскопические измерения на пучках H в полете были сделаны с использованием эксперимента Раби . ​​Сотрудничество планирует провести аналогичные измерения на
ЧАС
в полете. ^{[12] [13]}

В преддверии завершения проекта ELENA, с целью проведения спектральных измерений ранее не обнаруженных атомных резонансов в антипротонном гелии, был построен новый 6-метровый электростатический канал для транспортировки пучка
п
с к криогенной мишени. ^[13] (Предыдущие эксперименты, включая спектральные измерения антипротонного гелия в марте 2022 года, использовали 3-метровый радиочастотный квадруполь для замедления
п
с от замедлителя антипротонов. ^{[14] [8] [15]} ) 0,1 МэВ ЕЛЕНА
п
s, входящие в пучок, фокусируются до ширины 1 мм и проходят через отверстие (длина 30 мм и диаметр 8 мм). Поперечные горизонтальные и вертикальные размеры пучка определяются мониторами пучка, состоящими из сетки из покрытых золотом вольфрам-рениевых проволок с шагом сетки 20 мкм. ^[14] (Вдоль пучка имеется 3 таких монитора, один из которых находится в 300 мм выше по потоку от криогенной камеры. ^[13] ) Далее вдоль пучка имеется конфигурация из 3 квадрупольных магнитов для противодействия${\displaystyle \leq}$${\displaystyle \leq}$
п
расширение пучка и еще 2 отверстия диаметром 30 мм и 16 мм. Выходящий из отверстий пучок фокусируется до диаметра 3 мм и падает на титановое окно диаметром 6 мм в медном фланце OFHC, установленном на стенке криогенной целевой камеры. ^[13] Акриловые и свинцово-фторидные детекторы Черенкова контролируют линию пучка
п
аннигиляции. Давление в канале пучка составляет 0,8 мб, что намного выше давления в канале пучка ELENA в мб. Разница давлений поддерживается тремя ионными титановыми насосами производительностью 500 л/с и 4 турбомолекулярными насосами. ^[13]${\displaystyle \сим 10^{-9}}$

Гелиевые мишени содержатся в сосуде диаметром 35 мм, изготовленном из титана (газообразная или сверхкритическая фаза с 70% He-I) или меди OFHC (He-I и He-II), установленном на криостате с постоянным потоком жидкого гелия. Сосуд заключен в медную тепловую защиту: внутренний экран охлаждается парами гелия-хладагента, а внешний экран охлаждается жидким азотом. Конфигурация манометров и датчиков температуры предоставляет данные, используемые для характеристики состояния гелия в камере. Давление может поддерживаться 1 МПа. ^[8] Камера доступна для антипротонов через отожженное титановое окно диаметром 75 мкм или 50 мкм, впаянное в стенку камеры вакуумной пайкой. ^[8] Напротив него, окно из сапфира УФ-класса диаметром 28 мм и толщиной 5 мм пропускает лазерный свет, антилинейный к падающему пучку частиц. ^[8] Два окна Брюстера диаметром 35 мм, изготовленные из плавленого кварца ( SiO${\displaystyle \geq}$
₂) установлены на фланцах на противоположных сторонах стенок камеры перпендикулярно оси пучка, передают лазерный свет. ^{[13] [8]} Рядом с криостатом, под трубой пучка, расположен черенковский детектор 300 200 20 мм . Частицы, выходящие из криостата, такие как пионы из${\displaystyle \times}$${\displaystyle \times}$${\displaystyle ^{3}}$
п
-
п
Аннигиляции испускают черенковское излучение в детекторе, которое обнаруживается фотоумножителем. ^[8]

• Антипротонный замедлитель
• Эксперимент ATRAP
• Эксперимент АЛЬФА

Запись для эксперимента ASACUSA на INSPIRE-HEP