Enhanced Control and Reproducibility of Non-Neutral Plasmas

被引：20

作者：

Ahmadi, M. ^{[1
]}

Alves, B. X. R. ^{[2
]}

Baker, C. J. ^{[3
]}

Bertsche, W. ^{[4
,5
]}

Capra, A. ^{[6
]}

Carruth, C. ^{[7
]}

Cesar, C. L. ^{[8
]}

Charlton, M. ^{[3
]}

Cohen, S. ^{[9
]}

Collister, R. ^{[6
]}

Eriksson, S. ^{[3
]}

Evans, A. ^{[10
]}

Evetts, N. ^{[11
]}

Fajans, J. ^{[7
]}

Friesen, T. ^{[2
]}

Fujiwara, M. C. ^{[6
]}

Gill, D. R. ^{[6
]}

Hangst, J. S. ^{[2
]}

Hardy, W. N. ^{[11
]}

Hayden, M. E. ^{[12
]}

Isaac, C. A. ^{[3
]}

Johnson, M. A. ^{[4
]}

Jones, S. A. ^{[2
,3
]}

Jonsell, S. ^{[13
]}

Kurchaninov, L. ^{[6
]}

Madsen, N. ^{[3
]}

Mathers, M. ^{[14
]}

Maxwell, D. ^{[3
]}

McKenna, J. T. K. ^{[6
]}

Menary, S. ^{[14
]}

Momose, T. ^{[15
]}

Munich, J. J. ^{[12
]}

Olchanski, K. ^{[6
]}

Olin, A. ^{[6
,16
]}

Pusa, P. ^{[1
]}

Rasmussen, C. O. ^{[2
]}

Robicheaux, F. ^{[17
]}

Sacramento, R. L.

Sameed, M. ^{[3
,4
]}

Sarid, E. ^{[18
]}

Silveira, D. M. ^{[8
]}

So, C. ^{[6
,10
]}

Stutter, G. ^{[2
]}

Tharp, T. D. ^{[19
]}

Thompson, J. E. ^{[14
]}

Thompson, R. I. ^{[6
,10
]}

van der Werf, D. P. ^{[3
,20
]}

Wurtele, J. S. ^{[7
]}

机构：

[1] Univ Liverpool, Dept Phys, Liverpool L69 7ZE, Merseyside, England

[2] Aarhus Univ, Dept Phys & Astron, DK-8000 Aarhus C, Denmark

[3] Swansea Univ, Dept Phys, Coll Sci, Swansea SA2 8PP, W Glam, Wales

[4] Univ Manchester, Sch Phys & Astron, Manchester M13 9PL, Lancs, England

[5] Sci Tech Daresbury, Cockcroft Inst, Warrington WA4 4AD, Cheshire, England

[6] TRIUMF, 4004 Wesbrook Mall, Vancouver, BC V6T 2A3, Canada

[7] Univ Calif Berkeley, Dept Phys, Berkeley, CA 94720 USA

[8] Univ Fed Rio de Janeiro, Inst Fis, BR-21941972 Rio De Janeiro, RJ, Brazil

[9] Ben Gurion Univ Negev, Dept Phys, IL-84105 Beer Sheva, Israel

[10] Univ Calgary, Dept Phys & Astron, Calgary, AB T2N 1N4, Canada

[11] Univ British Columbia, Dept Phys & Astron, Vancouver, BC V6T 1Z1, Canada

[12] Simon Fraser Univ, Dept Phys, Burnaby, BC V5A 1S6, Canada

[13] Stockholm Univ, Dept Phys, SE-10691 Stockholm, Sweden

[14] York Univ, Dept Phys & Astron, Toronto, ON M3J 1P3, Canada

[15] Univ British Columbia, Dept Chem, Vancouver, BC V6T 1Z1, Canada

[16] Univ Victoria, Dept Phys & Astron, Victoria, BC V8P 5C2, Canada

[17] Purdue Univ, Dept Phys & Astron, W Lafayette, IN 47907 USA

[18] Soreq NRC, IL-81800 Yavne, Israel

[19] Marquette Univ, Phys Dept, POB 1881, Milwaukee, WI 53201 USA

[20] CEA Saclay, IFRU, F-91191 Gif Sur Yvette, France

来源：

PHYSICAL REVIEW LETTERS | 2018年 / 120卷 / 02期

基金：

英国工程与自然科学研究理事会; 美国国家科学基金会; 欧洲研究理事会; 加拿大自然科学与工程研究理事会;

关键词：

TRAPPED ANTIHYDROGEN; CONFINEMENT; COMPRESSION; EQUILIBRIA;

D O I：

10.1103/PhysRevLett.120.025001

中图分类号：

O4 [物理学];

学科分类号：

0702 ;

摘要：

The simultaneous control of the density and particle number of non-neutral plasmas confined in Penning-Malmberg traps is demonstrated. Control is achieved by setting the plasma's density by applying a rotating electric field while simultaneously fixing its axial potential via evaporative cooling. This novel method is particularly useful for stabilizing positron plasmas, as the procedures used to collect positrons from radioactive sources typically yield plasmas with variable densities and particle numbers; it also simplifies optimization studies that require plasma parameter scans. The reproducibility achieved by applying this technique to the positron and electron plasmas used by the ALPHA antihydrogen experiment at CERN, combined with other developments, contributed to a 10-fold increase in the antiatom trapping rate.

引用

页数：6

共 28 条

[1] Antihydrogen accumulation for fundamental symmetry tests [J].

Ahmadi, M. ;

Alves, B. X. R. ;

Baker, C. J. ;

Bertsche, W. ;

Butler, E. ;

Capra, A. ;

Carruth, C. ;

Cesar, C. L. ;

Charlton, M. ;

Cohen, S. ;

Collister, R. ;

Eriksson, S. ;

Evans, A. ;

Evetts, N. ;

Fajans, J. ;

Friesen, T. ;

Fujiwara, M. C. ;

Gill, D. R. ;

Gutierrez, A. ;

Hangst, J. S. ;

Hardy, W. N. ;

Hayden, M. E. ;

Isaac, C. A. ;

Ishida, A. ;

Johnson, M. A. ;

Jones, S. A. ;

Jonsell, S. ;

Kurchaninov, L. ;

Madsen, N. ;

Mathers, M. ;

Maxwell, D. ;

McKenna, J. T. K. ;

Menary, S. ;

Michan, J. M. ;

Momose, T. ;

Munich, J. J. ;

Nolan, P. ;

Olchanski, K. ;

Olin, A. ;

Pusa, P. ;

Rasmussen, C. O. ;

Robicheaux, F. ;

Sacramento, R. L. ;

Sameed, M. ;

Sarid, E. ;

Silveira, D. M. ;

Stracka, S. ;

Stutter, G. ;

So, C. ;

Tharp, T. D. .

NATURE COMMUNICATIONS, 2017, 8

[2] Observation of the hyperfine spectrum of antihydrogen [J].

Ahmadi, M. ;

Alves, B. X. R. ;

Baker, C. J. ;

Bertsche, W. ;

Butler, E. ;

Capra, A. ;

Carruth, C. ;

Cesar, C. L. ;

Charlton, M. ;

Cohen, S. ;

Collister, R. ;

Eriksson, S. ;

Evans, A. ;

Evetts, N. ;

Fajans, J. ;

Friesen, T. ;

Fujiwara, M. C. ;

Gill, D. R. ;

Gutierrez, A. ;

Hangst, J. S. ;

Hardy, W. N. ;

Hayden, M. E. ;

Isaac, C. A. ;

Ishida, A. ;

Johnson, M. A. ;

Jones, S. A. ;

Jonsell, S. ;

Kurchaninov, L. ;

Madsen, N. ;

Mathers, M. ;

Maxwell, D. ;

McKenna, J. T. K. ;

Menary, S. ;

Michan, J. M. ;

Momose, T. ;

Munich, J. J. ;

Nolan, P. ;

Olchanski, K. ;

Olin, A. ;

Pusa, P. ;

Rasmussen, C. O. ;

Robicheaux, F. ;

Sacramento, R. L. ;

Sameed, M. ;

Sarid, E. ;

Silveira, D. M. ;

Stracka, S. ;

Stutter, G. ;

So, C. ;

Tharp, T. D. .

NATURE, 2017, 548 (7665) :66-+

[3] Observation of the 1S-2S transition in trapped antihydrogen [J].

Ahmadi, M. ;

Alves, B. X. R. ;

Baker, C. J. ;

Bertsche, W. ;

Butler, E. ;

Capra, A. ;

Carruth, C. ;

Cesar, C. L. ;

Charlton, M. ;

Cohen, S. ;

Collister, R. ;

Eriksson, S. ;

Evans, A. ;

Evetts, N. ;

Fajans, J. ;

Friesen, T. ;

Fujiwara, M. C. ;

Gill, D. R. ;

Gutierrez, A. ;

Hangst, J. S. ;

Hardy, W. N. ;

Hayden, M. E. ;

Isaac, C. A. ;

Ishida, A. ;

Johnson, M. A. ;

Jones, S. A. ;

Jonsell, S. ;

Kurchaninov, L. ;

Madsen, N. ;

Mathers, M. ;

Maxwell, D. ;

McKenna, J. T. K. ;

Menary, S. ;

Michan, J. M. ;

Momose, T. ;

Munich, J. J. ;

Nolan, P. ;

Olchanski, K. ;

Olin, A. ;

Pusa, P. ;

Rasmussen, C. O. ;

Robicheaux, F. ;

Sacramento, R. L. ;

Sameed, M. ;

Sarid, E. ;

Silveira, D. M. ;

Stracka, S. ;

Stutter, G. ;

So, C. ;

Tharp, T. D. .

NATURE, 2017, 541 (7638) :506-512

[4] The ALPHA antihydrogen trapping apparatus [J].

Amole, C. ;

Andresen, G. B. ;

Ashkezari, M. D. ;

Baquero-Ruiz, M. ;

Bertsche, W. ;

Bowe, P. D. ;

Butler, E. ;

Capra, A. ;

Carpenter, P. T. ;

Cesar, C. L. ;

Chapman, S. ;

Charlton, M. ;

Deller, A. ;

Eriksson, S. ;

Escallier, J. ;

Fajans, J. ;

Friesen, T. ;

Fujiwara, M. C. ;

Gill, D. R. ;

Gutierrez, A. ;

Hangst, J. S. ;

Hardy, W. N. ;

Hayano, R. S. ;

Hayden, M. E. ;

Humphries, A. J. ;

Hurt, J. L. ;

Hydomako, R. ;

Isaac, C. A. ;

Jenkins, M. J. ;

Jonsell, S. ;

Jorgensen, L. V. ;

Kerrigan, S. J. ;

Kurchaninov, L. ;

Madsen, N. ;

Morone, A. ;

McKenna, J. T. K. ;

Menary, S. ;

Nolan, P. ;

Olchanski, K. ;

Olin, A. ;

Parker, B. ;

Povilus, A. ;

Pusa, P. ;

Robicheaux, F. ;

Sarid, E. ;

Seddon, D. ;

El Nasr, S. Seif ;

Silveira, D. M. ;

So, C. ;

Storey, J. W. .

NUCLEAR INSTRUMENTS & METHODS IN PHYSICS RESEARCH SECTION A-ACCELERATORS SPECTROMETERS DETECTORS AND ASSOCIATED EQUIPMENT, 2014, 735 :319-340

[5]

Andresen GB, 2011, NAT PHYS, V7, P558, DOI [10.1038/NPHYS2025, 10.1038/nphys2025]

[6] Autoresonant Excitation of Antiproton Plasmas [J].

Andresen, G. B. ;

Ashkezari, M. D. ;

Baquero-Ruiz, M. ;

Bertsche, W. ;

Bowe, P. D. ;

Butler, E. ;

Carpenter, P. T. ;

Cesar, C. L. ;

Chapman, S. ;

Charlton, M. ;

Fajans, J. ;

Friesen, T. ;

Fujiwara, M. C. ;

Gill, D. R. ;

Hangst, J. S. ;

Hardy, W. N. ;

Hayden, M. E. ;

Humphries, A. J. ;

Hurt, J. L. ;

Hydomako, R. ;

Jonsell, S. ;

Madsen, N. ;

Menary, S. ;

Nolan, P. ;

Olchanski, K. ;

Olin, A. ;

Povilus, A. ;

Pusa, P. ;

Robicheaux, F. ;

Sarid, E. ;

Silveira, D. M. ;

So, C. ;

Storey, J. W. ;

Thompson, R. I. ;

van der Werf, D. P. ;

Wurtele, J. S. ;

Yamazaki, Y. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2011, 106 (02)

[7] Trapped antihydrogen [J].

Andresen, G. B. ;

Ashkezari, M. D. ;

Baquero-Ruiz, M. ;

Bertsche, W. ;

Bowe, P. D. ;

Butler, E. ;

Cesar, C. L. ;

Chapman, S. ;

Charlton, M. ;

Deller, A. ;

Eriksson, S. ;

Fajans, J. ;

Friesen, T. ;

Fujiwara, M. C. ;

Gill, D. R. ;

Gutierrez, A. ;

Hangst, J. S. ;

Hardy, W. N. ;

Hayden, M. E. ;

Humphries, A. J. ;

Hydomako, R. ;

Jenkins, M. J. ;

Jonsell, S. ;

Jorgensen, L. V. ;

Kurchaninov, L. ;

Madsen, N. ;

Menary, S. ;

Nolan, P. ;

Olchanski, K. ;

Olin, A. ;

Povilus, A. ;

Pusa, P. ;

Robicheaux, F. ;

Sarid, E. ;

el Nasr, S. Seif ;

Silveira, D. M. ;

So, C. ;

Storey, J. W. ;

Thompson, R. I. ;

van der Werf, D. P. ;

Wurtele, J. S. ;

Yamazaki, Y. .

NATURE, 2010, 468 (7324) :673-U1

[8] Evaporative Cooling of Antiprotons to Cryogenic Temperatures [J].

Andresen, G. B. ;

Ashkezari, M. D. ;

Baquero-Ruiz, M. ;

Bertsche, W. ;

Bowe, P. D. ;

Butler, E. ;

Cesar, C. L. ;

Chapman, S. ;

Charlton, M. ;

Fajans, J. ;

Friesen, T. ;

Fujiwara, M. C. ;

Gill, D. R. ;

Hangst, J. S. ;

Hardy, W. N. ;

Hayano, R. S. ;

Hayden, M. E. ;

Humphries, A. ;

Hydomako, R. ;

Jonsell, S. ;

Kurchaninov, L. ;

Lambo, R. ;

Madsen, N. ;

Menary, S. ;

Nolan, P. ;

Olchanski, K. ;

Olin, A. ;

Povilus, A. ;

Pusa, P. ;

Robicheaux, F. ;

Sarid, E. ;

Silveira, D. M. ;

So, C. ;

Storey, J. W. ;

Thompson, R. I. ;

van der Werf, D. P. ;

Wilding, D. ;

Wurtele, J. S. ;

Yamazaki, Y. .

PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2010, 105 (01)

[9] Antiproton, positron, and electron imaging with a microchannel plate/phosphor detector [J].

Andresen, G. B. ;

Bertsche, W. ;

Bowe, P. D. ;

Bray, C. C. ;

Butler, E. ;

Cesar, C. L. ;

Chapman, S. ;

Charlton, M. ;

Fajans, J. ;

Fujiwara, M. C. ;

Gill, D. R. ;

Hangst, J. S. ;

Hardy, W. N. ;

Hayano, R. S. ;

Hayden, M. E. ;

Humphries, A. J. ;

Hydomako, R. ;

Jorgensen, L. V. ;

Kerrigan, S. J. ;

Kurchaninov, L. ;

Lambo, R. ;

Madsen, N. ;

Nolan, P. ;

Olchanski, K. ;

Olin, A. ;

Povilus, A. P. ;

Pusa, P. ;

Sarid, E. ;

Nasr, S. Seif El ;

Silveira, D. M. ;

Storey, J. W. ;

Thompson, R. I. ;

van der Werf, D. P. ;

Yamazaki, Y. .

REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS, 2009, 80 (12)

[10] NONNEUTRAL ION PLASMAS AND CRYSTALS, LASER COOLING, AND ATOMIC CLOCKS [J].

BOLLINGER, JJ ;

WINELAND, DJ ;

DUBIN, DHE .

PHYSICS OF PLASMAS, 1994, 1 (05) :1403-1414

← 1 2 3 →