Anti-particle Accumulation for Low Energy Exotic Beams

Slides:



Advertisements
Similar presentations
Experimental Observation Of Lepton Pairs Of Invariant Mass Around 95 GeV/c² At The CERN SPS Collider 不変質量 95 GeV/c² 近傍のレプトン対の実験的観測 Contents 1. Introduction.
Advertisements

HKS Analysis Log Jun 2006 part3 D.Kawama. 0 .今回の目次 1.Target での dE/dX 2.HKS sieve slit simulation(Geant4)
SPSSによるHosmer-Lemeshow検定について
7.n次の行列式   一般的な(n次の)行列式の定義には、数学的な概念がいろいろ必要である。まずそれらを順に見ていく。
9.線形写像.
時間的に変化する信号. 普通の正弦波 は豊富な情報を含んでいません これだけではラジオのような複雑な情報 を送れない 振幅 a あるいは角速度 ω を時間的に変化 させて情報を送る.
5.連立一次方程式.
相関.
広告付き価格サービ ス 小園一正. はじめに 世の中には様々な表現方法の広告があり ます。その中でも私たち学生にとって身 近にあるものを広告媒体として取り入れ られている。 価格サービス(無料配布のルーズリー フ)を体験したことにより興味を惹かれ るきっかけとなった。主な目的は、これ.
素数判定法 2011/6/20.
フーリエ係数の性質. どこまで足す? 理想的には無限大であるが、実際に はそれは出来ない これをフーリエ解析してみる.
1章 行列と行列式.
本宮市立白岩小学校. 1 はじめに 2 家庭学習プログラム開発の視点 ① 先行学習(予習)を生かした 確かな学力を形成する授業づく り ② 家庭との連携を図った家庭学習の習慣化.
フーリエ級数. 一般的な波はこのように表せる a,b をフーリエ級数とい う 比率:
Excelによる積分.
1 6.低次の行列式とその応用. 2 行列式とは 行列式とは、正方行列の特徴を表す一つのスカ ラーである。すなわち、行列式は正方行列からスカ ラーに写す写像の一種とみなすこともできる。 正方行列 スカラー(実数) の行列に対する行列式を、 次の行列式という。 行列 の行列式を とも表す。 行列式と行列の記号.
前々回わかったこと(確認したこと) 4 次の Matrix を使ったら収束の振る舞いが良くなった。ただし、もしかし たら初期値が良いせいかもしれない ,  のアクセプタンスに入っていない部分で収束が悪くなっている。 tuning 後の Matrix で 12LB のピークを再現してみると幅は太い(
計算のスピードアップ コンピュータでも、sin、cosの計算は大変です 足し算、引き算、掛け算、割り算は早いです
線形符号(10章).
1 0章 数学基礎. 2 ( 定義)集合 集合については、 3セメスタ開講の「離散数学」で詳しく扱う。 集合 大学では、高校より厳密に議論を行う。そのために、議論の 対象を明確にする必要がある。 ある “ もの ” (基本的な対象、概念)の集まりを、 集合という。 集合に含まれる “ もの ” を、集合の要素または元という。
複素数.
4.プッシュダウンオートマトンと 文脈自由文法の等価性
1 0章 数学基礎. 2 ( 定義)集合 集合については、 3セメスタ開講の「離散数学」で詳しく扱う。 集合 大学では、高校より厳密に議論を行う。そのために、議論の 対象を明確にする必要がある。 ある “ もの ” (基本的な対象、概念)の集まりを、 集合という。 集合に含まれる “ もの ” を、集合の要素または元という。
人工知能特論II 第7回 二宮 崇.
信号測定. 正弦波 多くの場合正弦波は 0V の上下で振動する しかし、これでは AD 変換器に入れら れないので、オフ セットを調整して データを取った.
1 9.線形写像. 2 ここでは、行列の積によって、写像を 定義できることをみていく。 また、行列の積によって定義される写 像の性質を調べていく。
ビット. 十進数と二進数 十進数  0から9までの数字を使って 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、 10、11、12 と数える 二進数  0と1を使って 0、1、10、11、100、101、11 0、111 と数える.
論文紹介 Quasi-Geostrophic Motions in the Equatorial Area Taroh Matsuno(1966) 今村研 修士課程 1 年 荒井 宏明.
A 「喫煙率が下がっても肺ガン死亡率が減っていないじゃな いか」 B 「喫煙を減らしてもガン減るかどうか疑問だ 」 1.
三角関数の合成.
正弦波.
3.正方行列(単位行列、逆行列、対称行列、交代行列)
Bar-TOP における光の 群速度伝播の解析 名古屋大学 高エネルギー物理研究室 松石 武 (Matsuishi Takeru)
Analog “ neuronal ” networks in early vision Koch and Yuille et al. Proc Academic National Sciences 1986.
JPN 311: Conversation and Composition 許可 (permission)
地図に親しむ 「しゅくしゃくのちがう 地図を 使ってきょりを調べよ う1」 小学4年 社会. 山口駅裁判所 県立 美術館 サビエル 記念聖堂 山口市役所 地図で探そう 市民会館 県立 図書館.
測定における誤差 KEK 猪野 隆 論文は、自ら書くもの 誤差は、自分で定義するもの ただし、この定義は、 多数の人に納得してもらえるものであること.
HKS Analysis Log Jul 2006 Part1 D.Kawama. 第壱部 HKS Sieve Slit Analysis.
実験5 規則波 C0XXXX 石黒 ○○ C0XXXX 杉浦 ○○ C0XXXX 大杉 ○○ C0XXXX 高柳 ○○ C0XXXX 岡田 ○○ C0XXXX 藤江 ○○ C0XXXX 尾形 ○○ C0XXXX 足立 ○○
オセロの思考アルゴリズムについて 1103072 岩間 隆浩.
Cross-Section Measurement of Charged- Pion Photoproduction from Hydrogen and Deuterium 概略 JLab の Hall A で HRS を用いて、 γn→π - p と γp→π + n の反応 について、 E γ =1.1.
携帯電話でのコミュニ ケーションについて 1班真田 出水 佐伯 堺. 仮説  女性のほうが携帯電話を使ったコミュニ ケーションを重要視する。
Exercise IV-A p.164. What did they say? 何と言ってましたか。 1.I’m busy this month. 2.I’m busy next month, too. 3.I’m going shopping tomorrow. 4.I live in Kyoto.
音の変化を視覚化する サウンドプレイヤーの作成
HCC Hair Color Change. メンバー ソ 渋谷麻美 ソ 渋谷麻美 ソ 清野理衣子 ソ 清野理衣子 ソ 三上貴大 ソ 三上貴大.
Self-efficacy(自己効力感)について
本文. 考えながら読みましょ う 「いろいろなこと」( 3 行目)は何で すか 「①電話料金はコンビニで支払いをしていま す。いつでも払えますから、便利です。」 「②夕食はコンビニで買います。お弁当やお かずがいろいろありますから。」今、若者に 人気のあるコンビニは、いろいろなことをす るのに非常に便利な場所になった。
The Production of Cold Antihydrogen w. A Brief History of Antimatter In 1928, Paul Dirac proposes antimatter with his work in relativistic quantum mechanics.
Atomic Physics with Ultra-slow Antiprotons p. 1 E. Widmann Atomic Physics with Ultra-Slow Antiprotons E. Widmann ASACUSA collaboration, University of Tokyo.
E. Widmann, Antihydrogen GS-HFS, p. 1 LEAP03, Yokohama, March 4, 2003 Measurement of the Hyperfine Structure of Antihydrogen E. Widmann, R.S. Hayano, M.
たくさんの人がいっしょに乗れる乗り物を 「公共交通」といいます バスや電車 と 自動車 の よいところ と よくない ところ よいところ と よくない ところ を考えてみよう!
FLAR project S.L. Yakovenko JINR, Dubna,Russia. 2 Contents 1.FlAIR project 2.AD facility at CERN 3.Antyhydrogen and Positronium in-flight at FLAIR 4.LEPTA.
Geomagnetic Storms Y. Kamide Kyoto University. Outline 1. 磁気嵐とは? 2. 磁気嵐研究の歴史 3. エネルギーバランス基本方程式 4. 磁気嵐とサブストームの関係 5. 最近のトピックス 太陽活動周期と磁気嵐 ダブル磁気嵐 磁気嵐時のオーロラベルトのサイ.
Towards the production of an anti-hydrogen beam Simon Van Gorp1, Y.Enomoto1, N.Kuroda2, K.Michishio3, D.J.Murtagh1, S.Ulmer1,, H. Higaki, C.H.Kim2, Y.Nagata1,
10,12 Be におけるモノポール遷移 Makoto Ito 1 and K. Ikeda 2 1 Department of Pure and Applied Physics, Kansai University I. 導入:研究の大域的目的とこれまでの研究成果 II. 今回の目的:モノポール遷移への興味.
Analysis MEMO Magnetic field shield for S-2S TOF detector 9Mar2015 Toshiyuki Gogami.
Heat flow measurement in shallow seas through long-term temperature monitoring Hamamoto Hideki (Earthquake Research Institute,Univ. of Tokyo) Yamano Makoto.
J-PARC Day-1 実験の状況・ 実験家から理論屋への要望 T.Takahashi (KEK) Contents 1. Aproved Exp. on J-PARC 2. How to produce S=-2 Systems 3. E05: (K-,K+) Spectroscopy.
21 Sep 2006 Kentaro MIKI for the PHENIX collaboration University of Tsukuba The Physical Society of Japan 62th Annual Meeting RHIC-PHENIX 実験における高横運動量領域での.
FLAIR meeting, GSI March Positron Ring for Antihydrogen Production A.Sidorin for LEPTA collaboration JINR, Dubna.
1 Observation Of High-Energy Neutrino Reaction And The Existence Of Two Kinds Of Neutrinos 高エネルギーニュートリノの観測と二種類のニュートリノの存在 G. T. Danby et al. Phys. Rev.
HES-HKS & KaoS meeting. Contents Different distorted initial matrices Distorted matrix sample 6 (dist6) Distorted matrix sample 7 (dist7) Distorted matrix.
Ялта Конференция Yalta-, Univ. of Tokyo, Ryo FUNAKOSHI Univ. of Tokyo Ryo FUNAKOSHI ATHENA collaboration ATHENA: a High Performance detector for.
Zeudi Mazzotta* On behalf of the AEgIS collaboration from Università degli studi di Milano Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
Slide 1 Overview Introduction Stochastic Cooling History of the Antiproton machines at CERN The AD and ELENA Conclusion.
Testing antimatter gravity: the Aegis experiment at Cern Phd Student: Michele Sacerdoti Phd Workshop: 12-13/10/2015 Supervisors: Fabrizio Castelli, Marco.
Overview Lecture 2 Trapping antiprotons Antihydrogen ATHENA and ATRAP
Investigation of laser energy absorption by ablation plasmas
Siara Fabbri University of Manchester
ASACUSA Status and Outlook: antihydrogen
Presentation transcript:

Anti-particle Accumulation for Low Energy Exotic Beams 1/22 COOL15 Anti-particle Accumulation for Low Energy Exotic Beams Hiroyuki Higaki (ASACUSA - MUSASHI collaboration) Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (ASACUSA) Mono-energetic Ultra Slow Antiproton Source for High-precision Investigation (MUSASHI) Graduate School of Advanced Sciences of Matter, Hiroshima University, Kagamiyama, Higashi-Hiroshima, Hiroshima 739-8530, Japan 1 RIKEN Atomic Physics Special Research Unit, 2-1 Hirosawa, Wako, Saitama 351-0198, Japan 2 Graduate School of Arts and Sciences, The University of Tokyo, Komaba, Meguro, Tokyo 153-8902, Japan 3 Department of Physics, Tokyo University of Science, Kagurazaka, Shinjuku, Tokyo 162-8601, Japan 4 Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Universitá di Brescia & Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Gruppo Collegato di Brescia, 25133 Brescia, Italy 5 Stefan Meyer Institute for Subatomic Physics, Austrian Academy of Sciences, 1090 Wien, Austria

Why matter dominates antimatter in the universe ? 2/22 Outline Low energy anti-hydrogen atoms ( ) ground state hyperfine splitting in the field free region high Rydberg atoms 2)  Low energy antiproton beams , positron beams charged particle confinement, trap based beams rotating electric field, nondestructive measurement (for atomic physics, beam physics and plasma physics) 3) Experimental scheme to produce beam low energy beam and e+ plasma mixing antiprotons and positrons in the cusp trap for the production of beam 4) For the hyperfine spectroscopy of Why matter dominates antimatter in the universe ?

3/22 Brief history 1996 : Very high energy antihydrogen atoms at Low Energy Antiproton Ring (LEAR) Phys. Lett. B 368 (1996) 251 1998 : Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (ASACUSA) 1999 : Antiproton Decelerator (AD) in operation 2002 : Low energy antihydrogen atoms synthesized in nested Penning traps Nature 419 (2002) 456 (ATHENA), Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 213401 (ATRAP) 2005 : Low energy (100~1000eV) antiproton beams from MUSASHI Phys. Rev. Lett. 94 (2005) 023401 (ASACUSA_MUSASHI) 2010 : Trapped antihydrogen in Ioffe-Pritchard trap Nature 468 (2010) 673 (ALPHA) Low energy antihydrogen atoms synthesized in a Cusp trap Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 243401 (ASACUSA_MUSASHI) 2012 : Hyperfine transitions in trapped antihydrogen atoms in 1T (Dn/n~ 4x10-3) Nature 483 (2012) 439 (ALPHA) 2014 : Low energy antihydrogen atoms detected at field free region Nature Communications 5 (2014) 3089 (ASACUSA_MUSASHI) Our purpose is to measure the hyperfine transition in a field free region

Low energy (anti-)hydrogen atoms (level diagrum) 4/22 Low energy (anti-)hydrogen atoms (level diagrum) (F,M)=(1,1) (F,M)=(1,0) (F,M)=(1,-1) (F,M)=(0,0) experiments (Hz) Dnexp /n |ntheory-nexp |/n n1S-2S 2,466,061,413,187,103(46) 1.7 x 10-14 1 x 10-11 nHFS 1,420,405,751.768(1) 6.3 x 10-13 (3.5+0.9) x 10-6

Rabi-type atomic beam spectroscopy with magnetic field gradient 5/22 Schematic of the experimental setup Rabi-type atomic beam spectroscopy with magnetic field gradient

Low energy anti-hydrogen atoms (How?) 6/22 Low energy anti-hydrogen atoms (How?) radiative recombination : When the positron density is low, this process is important three body recombination : Due to the strong dependence on the density and temperature of e+, three body recombination is the dominant process at ~108cm-3, ~10K collisions with Ps : Although the cross section is large, positronium life time is too short. A low temperature, high density positron plasma is favorable for the effective production of anti-hydrogen atoms [4] M. E. Glinsky and T. M. O’Neil, Phys. Fluids B 3 (1991) 1279.

How to produce (Low energy antiproton beam) 7/22 How to produce (Low energy antiproton beam) In Antiproton Decelerator (AD) at CERN, unique low energy antiproton ( ) beams of 5.6 MeV have been delivered for physics experiments. Furthermore, the RFQ decelerator (RFQD) dedicated for Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons (ASACUSA) collaboration enables the use of 100 keV pulsed beams for experiments. What is more, Mono-energetic Ultra Slow Antiproton Source for High-precision Investigations (MUSASHI) in ASACUSA can produce pbar beams with the energy of 100 to 1000 eV. Since the successful extraction of 250 eV beams reported in 2005, continuous improvements on beam quality and equipments have been conducted. LINAC2 50MeV proton  PSB 1GeV proton  PS 26 GeV/c 1013 proton  Production target for AD [10] N. Kuroda, H. A. Torii, K. Y. Franzen, et al., Phys. Rev. Lett. 94, 023401 (2005).

How to produce (Low energy antiproton beam) AD to RFQD 8/22 How to produce (Low energy antiproton beam) AD to RFQD RFQD 磁気ミラー配位における非中性プラズマ閉じ込めの理論モデルは1973年ごろにDavidsonなどによって示されました。理論モデルの仮定としては、分布関数がこのように、エネルギー一定、正準角運動量一定で、磁場強度がこのように与えられる状況を考えています。さらに、プラズマ密度が低く(ephi/H0<<1)、r<<Lの場合、閉じ込められた非中性プラズマの径方向の境界はこの式で表されます。 Production target 3.5GeV/c ~5x 107 pbar stochastic cooling 2 GeV/c stochastic cooling 300MeV/c stochastic cooling & electron coolling 100MeV/c(~5MeV) ~ 3x107 pbar pulse from AD (~100s cycle) 100keV < 1x 107 pbar with RFQD

f ~ 200MHz 2MW,0.5ms B = 2.5 T MUSASHI RFQD 9/22 RFQD + MUSASHI f ~ 200MHz 2MW,0.5ms B = 2.5 T MUSASHI RFQD

How to produce (Low energy antiproton beam) MUSASHI trap 10/22 How to produce (Low energy antiproton beam) MUSASHI trap 100keV < 1 x 107 pbar with RFQD degrader foil < 13 keV pbar confined in the trap < 0.1 eV ~106 pbar electron cooling Multi-ring trap A harmonic potential can be produced in an axially long volume, which is necessary for the feasible e-cooling time of ~ 106 pbar The axial resonance frequency for antiproton 4 x 108 electrons for electron cooling in 40s [10] N. Kuroda, H. A. Torii, K. Y. Franzen, et al., Phys. Rev. Lett. 94, 023401 (2005).

How to produce (Low energy antiproton beam) 11/22 How to produce (Low energy antiproton beam) Tank circuit signal with 3AD shot accumulated in MUSASHI If necessary, the axial harmonic oscillation of trapped antiprotons can be monitored. After electron kick out, rotating electric field is applied to increase the antiproton beam intensity.

Rotating electric field to control the beam intensity 12/22 Rotating electric field to control the beam intensity “ Steady-State Confinement of Non-neutral Plasmas by Rotating Electric Fields “ X.-P. Huang, F. Anderegg, E. M. Hollmann, et al., Phys. Rev. Lett. 78 (1997) 875. Mg+, rp ~ 1cm, Lp ~ 10 cm, B = 4T resonance with rigid rotation

Rotating electric field for trap based beams (examples) 13/22 Rotating electric field for trap based beams (examples) B trap based beams Phys. Plasmas 11 (2004) 2333 Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 1883

How to produce (Low energy positron) Positron pre-accumulator 14/22 How to produce (Low energy positron) Positron pre-accumulator 2.5 T magnetic field 500 5 2 x 10 e+/ 30s, <1eV

15/22 How to produce (Low energy positron) Trajectory calculation for e+ transport section Transport efficiency ~ 60 % ? Pulse excitation ~ 800 G

detector CUSP trap 16/22 How to produce ASACUSA-MUSASHI experimental setup in 2010 e+ pre-accumulator detector CUSP trap MUSASHI ( ) 27mCi 22Na RI source

17/22 How to produce Specifications positron 27mCi Na (<100keV, ~109 /s) W moderator, N2buffer gas (<3 eV, ~106 /s) Pre-accumulator (100eV, 2 x 105 /30s) 22 CUSP trap antiproton (pbar) 6 x 10 positron (<0.1eV, ne+~108cm-3) 6 CERN PS (3.5GeV/c, 5 x 10 ) AD (5MeV, 10 ) RFQD (100keV, 5 x 10 ) MUSASHI (150eV, 5 x 10 ) 7 6 5 3 x 10 pbar (< 20 eV) 5

Cusp trap H produced in a grad B ! 18/22 How to produce Mixing in the Cusp trap in 2010 with n > 25 Cusp trap ~ 100eV e+ pulse ~ 150eV pulse 6 x 10 e+/ 60 shot, < 0.1eV 6 w/ e+ H produced in a grad B ! w/o e+

Setup with a new e+ source in 2011 19/22 Setup with a new e+ source in 2011 Na22 e+ source with solid Ne moderator Pre-accumulator B = 0.3 T Cusp trap B = 2.7 T > 6 x 107 positrons in the CUSP trap

MUSASHI(pbar) + positron source + Cusp trap in 2012 20/22 MUSASHI(pbar) + positron source + Cusp trap in 2012 Nature Communications 5 (2014) 3089

Antihydrogen signals at FI trap in CUSP and the end detector 21/22 Antihydrogen signals at FI trap in CUSP and the end detector Nature Communications 5 (2014) 3089 Antihydrogen atoms (n<29) are detected at the end of the spectrometer line Production rate was improved with the use of RF drive “Driven Production of Cold Antihydrogen …”, Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 233401

We thank AD members at CERN for providing antiproton beams 22/22 Summary Low energy anti-hydrogen atoms are currently investigated by “ALPHA”, “ASACUSA” and “ATRAP” at AD, CERN to obtain new physics results. (AEGIS, BASE, GBAR, …) Non-neutral positron plasmas play crucial roles for the production of and their control is important for the higher production rate atoms in quantum states below n < 29 are detected at 2.7 m downstream from the production point. Although from the Cusp trap were detected in a field free region, the improvements of beam quality is necessary for experiments. We thank AD members at CERN for providing antiproton beams