Ловушки Пеннинга для фундаментальной физики

1. Ловушки Пеннинга для фундаментальной физики Эксперименты наSHIPTRAP и PENTATRAP СергейЕлисеев K. Blaum, M. Block, Ch. Böhm, С. Ченмарёв, A. Dörr, C. Droese, П. Филянин, М. Гончаров, E. Minaya Ramirez, Д. Нестеренко, Ю.Н. Новиков, A. Rischka, V. Simon

2. Масса Нуклидов:от коротко-живущих достабильных b-распад, EC примеры dm/m физика оболочки, области деформации, гало, структура ядер границы нейтронной и протонной стабильности, островстабильности сверхтяжёлых нуклидов 10-6 - 10-7 астрофизика путиrp-иr-процессов, 100-10кэВ скорости ядерных реакций, нуклидный состав нейтронных звёзд, ................. 10-8 слабые взаимодействия гипотеза CVC, унитарность CKM матрицы 1кэВ метрология, фундаментальные константы α (h/mCs, mCs /mp, mp/me ), mSi 10-9 - 10-10 100-10эВ 0nbb, 0n2EC нейтринная физика масса нейтрино стерильное нейтрино 10-10- 10-11 mpиmp me-иme+ энергия связи электронов CPT QED в сильных э/м полях 10-1эВ

3. B сильноеоднородное постоянноемагнитное поле q/m q 1 nc= B m 2p Ловушка Пеннинга самый точный спектрометр масс

4. B сильноеоднородное постоянноемагнитное поле < 10-11 h-1 q/m DB DB < 5 · 10-9 h-1 B B q 1 nc= B m 2p Ловушка Пеннинга SHIPTRAP JYFLTRAP TRIGATRAP MLLTRAP THe-TRAP Max-Planck Institute for Nuclear Physics, Heidelberg

5. B q/m Ловушка Пеннинга магнитное поле электростатическое поле

6. B B Ловушка Пеннинга n+ циклотронное движение n- магнетронное движение nz аксиальное движение однозарядные ионы 132Xe: n+≈800 kГц nz≈40 kГц n- ≈1 kГц

7. присутствие газа (гелий): nz n+ циклотронное и аксиальное затухают n- радиус магнетронного движения увеличивается !!! конвертация: возбуждение: nrf = n++ n- -U0cos(wrft) U0cos(wrft) -U0cos(w-t) r- r+(t) r-(t) r- (t)+ r+(t)=Const 2 2 -U0cos(wrft) U0cos(w-t) U0cos(wrft)

8. циклотронное движение: магнетронное движение: аксиальное движение: долгоживущие и стабильные нуклиды короткоживущие нуклиды

9. Установки на базе ловушек Пеннинга JYFLTRAP SHIPTRAP TITAN TRIGATRAP THe-TRAP LEBIT CPT ISOLTRAP PENTATRAP FSU on-line установки (короткоживущие нуклиды) dm/m~ 10-6 - 10-8 методика ToF-ICR off-line установкa (стабильные нуклиды) dm/m~ 10-10 методика FT-ICR

10. Установки на базе ловушек Пеннинга JYFLTRAP 2006 SHIPTRAP 2007 TITAN 2008 TRIGATRAP 2008 LEBIT 2005 CPT 2004 ISOLTRAP 1987 on-line установки (короткоживущие нуклиды) dm/m~ 10-6 - 10-8 методика ToF-ICR

11. тип реакций CPT ISOLTRAP LEBIT JYFLTRAP TITAN SHIPTRAP TRIGATRAP фрагментация p (0.5 или 1.4 ГэВ) + U фрагментация Ионы (100 MэВ/u) + Be слияние - испарение спонтанное деление деление нейтронами

12. Установки на базе ловушек Пеннинга JYFLTRAP SHIPTRAP TITAN TRIGATRAP LEBIT CPT ISOLTRAP on-line установки (короткоживущие нуклиды) dm/m~ 10-6 - 10-8 методика ToF-ICR

13. Установка SHIPTRAP UNILAC (a few MeV/u) ионные источники (ICR, Penning) протоны - уран SHIP (фильтр по скоростям) + SHIPTRAP

14. Фильтр по скоростям SHIP 48Ca + 208Pb 256No* 252-255No + нейтроны SHIPTRAP мишень 208Pb (thickness 0.5 мг/cм2) 12 метров 48Ca с UNILAC (4.7 MэВ/н; 10emA)

15. Установка SHIPTRAP 150-1000 kэВ/н ≈ 1 эВ камера остановки линейная ловушка Пауля ловушки Пеннинга продукты реакции с SHIP сверхпроводящий магнит MCP- детектор ловушка очистки измерительная ловушка ≈ 5метров

16. ловушка очистки сверхпроводящий магнит MCP- детектор ловушка очистки измерительная ловушка 50 мм 1.5мм 32 мм ионы диафрагма гелий (10-4 мбар)

17. ловушка очистки сверхпроводящий магнит (1) захват ионов в ловушке очистки (2) возбуждение n- движения MCP- детектор (3) конвертация n- в n+ на частоте nc (M)=n-+n+ (M) ловушка очистки измерительная ловушка (4) транспортировка ионов М в измерительную ловушку 50 мм 1.5мм 32 мм ионы диафрагма гелий (10-4 мбар)

18. ловушка очистки 58Ni+92Mo→150Yb* сверхпроводящий магнит разделение изобар; m/Dm ≈ 100,000 MCP- детектор ловушка очистки измерительная ловушка 50 мм 1.5мм 32 мм ионы диафрагма гелий (10-4 мбар)

19. методикаToF-ICR (Time-of-Flight Ion-Cyclotron-Resonance) большеm→ меньше ToF M=IA=pi r^2 ew

20. методикаToF-ICR (Time-of-Flight Ion-Cyclotron-Resonance) большеm→ меньше ToF захват

21. методикаToF-ICR (Time-of-Flight Ion-Cyclotron-Resonance) большеm→ меньше ToF возбуждениеn- захват -U0cos(w-t) m~r2n- U0cos(w-t)

22. методикаToF-ICR (Time-of-Flight Ion-Cyclotron-Resonance) большеm→ меньше ToF конвертацияnrf≈ nc возбуждениеn- захват -U0cos(wrft) -U0cos(w-t) U0cos(wrft) m~r2n- m~r2n+ -U0cos(wrft) U0cos(w-t) U0cos(wrft)

23. методикаToF-ICR (Time-of-Flight Ion-Cyclotron-Resonance) большеm→ меньше ToF Измерение ToF конвертацияnrf≈ nc возбуждениеn- захват ToF -U0cos(wrft) -U0cos(w-t) U0cos(wrft) m~r2n- m~r2n+ ToF -U0cos(wrft) U0cos(w-t) U0cos(wrft) nrf-nc 0

24. методикаToF-ICR Dr=HWHM r

25. методикаToF-ICR однозарядные ионы M=200 nc≈500 kГц N=1000 точность измерения массы разрешающая способность trapping time trapping time

26. 82 126 50 82 28 20 50 28 8 20 8 измерения на SHIPTRAP с 2007 C. Rauth et al., Eur. Phys. J. Special Topics150 (2007) 329 A. Martín et al., Eur. Phys. J. A34 (2007) 341 C. Rauth et al., Phys. Rev. Lett. 100 (2008) 012501 C. Weber et al., Phys. Rev. C78 (2008) 054310 M. Block et al., Nature463 (2010) 785 E. Minaya Ramirez et al., Science337 (2012) 1207 трансурановые элементы протонные излучатели rp-процесс Массы ~ 80 короткоживущих нуклидов (T1/2~1s) dm 10-8 > 5· m

27. трансурановые элементы

28. 48Ca + 206-208Pb 252-255No + нейтроны 48Ca + 209Bi 255,256Lr + нейтроны трансурановые элементы

29. трансурановые элементы s нуклид Т1/2(gs) Т1/2(is) счёт в ловушке реакция 252No 2.44 с110 мс 206Pb(48Ca,2n)252No 400 нбарн 3.3 ионов / час 253No 1.62мин<1 мс 207Pb(48Ca,2n)253No 1 mбарн 8 ионов / час 254No 51 с 266мс 208Pb(48Ca,2n)254No 1.8 mбарн 15 ионов / час 255No 3.52мин -208Pb(48Ca,1n)255No 140 нбарн 1 ионов / час 255Lr 31.1 с2.54 с 209Bi(48Ca,2n)255Lr 200 нбарн 1.5 ионов / час 256Lr 27 с266 мс 209Bi(48Ca,1n)256Lr 60 нбарн 0.5 ионов / час (48 ионов / 93 часа)

30. трансурановые элементы

31. поиск резонансно-ускоренных 0n2ECпереходов d(m1-m2) 10-9 ~ m

32. захват двух орбитальных электронов ядром безнейтринный(0n2EC) двух-нейтринный(2n2EC)

33. захват двух орбитальных электронов ядром безнейтринный(0n2EC) если существует: • нейтрино–частицы Майорана, n = n • нарушение полного лептонного числа измерение периода полураспада: • эффективная майорановская массанейтрино

34. безнейтринный двойной электронный захват ожидаемый T1/2> 1030лет

35. безнейтринный двойной электронный захват ожидаемый T1/2> 1030лет T1/2< 1023лет резонансное усиление процесса:

36. безнейтринный двойной электронный захват ожидаемый T1/2> 1030лет T1/2< 1023лет резонансное усиление процесса: поиск переходовс(Q-B2h-Eg) < 1 kэВ измерениеQ=M1-M2с точностью ~ 100 эВ

37. nc daughter - 1 Q = Mmother - Mdaughter= Mdaughter nc • mother измерение Q-значенийна SHIPTRAP

38. исследованные0n2EC переходы JYFLTRAP,S. Rahaman et al., Phys. Rev. Lett. 103, 042501 (2009) 112Sn →112Cd JYFLTRAP, V. S. Kolhinen et al., Phys. Lett. B 684, 17 (2010) 74Se →74Ge FSU, B. J. Mount et al., Phys. Rev. C 81, 032501(R) (2010) 136Ce →136Ba JYFLTRAP, V. S. Kolhinen et al., Phys. Lett. B 697, 116 (2011) 152Gd → 152Sm измерения на SHIPTRAP/GSI 164Er → 164Dy 180W → 180Hf 96Ru →96Mo Phys. Rev. Lett. 106 (2011) 052504; 107 (2011) 152501; 162Er →162Dy Phys. Rev. C 83 (2011) 038501; 84 (2011) 028501; 84 (2011) 012501; 168Yb →168Er Nucl. Phys. A 875 (2012) 1; 106Cd →106Pd 156Dy →156Gd программа измерений завершена ! 124Xe →124Te 130Ba →130Xe 184Os →184W

39. 0+ → 0+переходы между основными ядерными состояниями 2EC-переходQ (old), kэВD (old), kэВQ(new), kэВD(new), kэВT1/2·|m2EC|2, лет 152Gd →152Sm 54.6(3.5) -0.2(3.5) 55.7(0.2) 0.9(0.2)1026 164Er →164Dy 23.3(3.9) 5.2(3.9) 25.07(0.12) 6.81(0.12) 2·1030 180W →180Hf 144.4(4.5) 13.7(4.5) 143.1(0.2) 12.4(0.2) 3·1027 JYFLTRAP,S. Rahaman et al., Phys. Rev. Lett. 103, 042501 (2009)

40. несколько резонансно-ускоренных переходов в156Dy |M|=3 for 0+→ 0+ T1/2 (0+→0+)~ 31024 y |m2EC|=1эВ

41. текущая активностьна SHIPTRAP разработка новойметодики измерения масс

42. Nuclear Chart

43. Nuclear Chart методика измерения масс должна обеспечивать точность dm/m~10-8для нуклидов сT1/2~100 мс разрешение изомерных состояний с E ~ 30 кэВ

44. методикаToF-ICR однозарядные ионы M=200 nc≈500 kГц N=1000 точность измерения массы разрешающая способность trapping time trapping time

45. новая методика измерения масс однозарядных ионов • увеличение разрешения: ~ 40 • значительно более быстрая • увеличение точности:~ 5

46. определение массы нейтрино с точностью 0.2 эВ EC в 163Ho - Проект Анализ b--распад187Re dQ ~ 1 эВ (dQ/m < 10-11) PENTATRAP развитие ECHo-проекта dQ ~ 50эВ (dQ/m < 3·10-10)

47. определение массы нейтрино с точностью 0.2 эВ EC в 163Ho - Проект Анализ b--распад187Re dQ ~ 1 эВ (dQ/m < 10-11) PENTATRAP развитие ECHo-проекта dQ ~ 50эВ (dQ/m < 3·10-10) SHIPTRAP в 2014 измерениеQ-значений b-распада 187Re & EC в163Ho с точностью<50 эВ

48. dm dm 10-8 10-8 ~ ~ m m методика ToF-ICR d(m1-m2) 10-9 ~ m нуклидыс T1/2~ 1 с 0n2EC нуклиды новая методика d(m1-m2) 10-10 ~ m нуклидысT1/2~ 100 мс долгоживущие массовые дубл.

49. B B новая методикаPI-ICR (Phase-Imaging Ion-Cyclotron-Resonance)

50. B B новая методикаPI-ICR (Phase-Imaging Ion-Cyclotron-Resonance)