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Cryogenics for active hydrogen targets and particle traps
Victoria Kletzl
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physik
Betreuer*in
Johann Zmeskal
DOI
10.25365/thesis.69516
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11088.31803.697053-3
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Techniken für kryogenische Systeme sind fundamental für viele wissenschaftliche Felder.
Hochmoderne Teilchenphysik-Experimente beruhen oft auf Kryogenik.
Das ASACUSA Experiment in der AD-Halle am Beschleunigerkomplex CERN bestimmt die
Hyperfeinstruktur von sowohl Wasserstoff als auch Antiwasserstoff durch Messung ihrer Hyperfeinübergangsfrequenz.
Da CPT-Invarianz vorhersagt, dass diese gleiche Werte aufweisen,
würde eine Diskrepanz auf Physik jenseits des Standardmodels hinweisen. Ein essentieller Teil
dieses Hochpräzisionsexperiments ist die sogenannte Cusp, wo Wasserstoff bzw. Antiwasserstoff
geformt und polarisiert werden. Da dieser Teil des Experiments zu Temperaturen unter
10 Kelvin gekühlt werden soll, während sie im Zentrum eines Magneten liegt, müssen Techniken
gefunden werden, um die Kühlleistung der beiden außerhalb liegenden Kühlköpfe in das
Innere weiterzuleiten. Daher wurde ein neues Kühlsystem entwickelt. Einige der wichtigsten
Elemente des Systems wurden am Stefan-Meyer-Institut für Subatomare Physik getestet um
deren Wärmeleitung zu bestimmen.
Das am J-PARC gelegene Experiment E57 betrachtet den 1s Zustand in kaonischem
Deuterium. Die Energie des so frei werdenden Photons enthält Information über die Verschiebung
und Verbreiterung des Grundzustandes, welche aufgrund des Einflusses der starken
Wechselwirkung entstehen. Dies wird durch die nicht-pertubative, niederenergetische QCD
beschrieben. Da während der letzten Messungen im Jahr 2018 eine besonders geringe Zahl an
Photonen gemessen wurde, wird eine neue, aktive Targetzelle entwickelt. Ein grundlegender
Aspekt des überarbeiteten Designs ist die Frage nach elektronischen Durchführungen. Zwei
Materialen wurden danach getestet, ob ihre Eigenschaften die Zelle auch im 150-Kelvin-Bereich
dicht halten können.
Ein zweites Experiment, das den 1s Zustand in kaonischem Deuterium messen
soll, ist SIDDHARTA-2. Hier umgeben die Röntgendetektoren die mit Deuterium gefüllte
Targetzelle. Allerdings werden Methoden benötigt, um die Temperatur der Detektoren im
optimalen Bereich zu halten. Zwei mögliche Methoden wurden dazu getestet.
Abstract
(Englisch)
The techniques used for cryogenic systems are fundamental in many scientific fields. State-of-the-art particle physics experiments often heavily rely on cryogenics for their success.
The ASACUSA experiment located at the AD hall at CERN investigates the hyperfine
structure of hydrogen as well as antihydrogen via measuring their transition frequency.
Since CPT invariance postulates them to be of equal value, a discrepancy would indicate
physics beyond the Standard Model. An essential part of this high precision experiment is
the cusp. There, antihydrogen and hydrogen are formed and polarised, respectively. Since
this structure is to be cooled down to temperatures below 10 Kelvin while surrounded by a
magnet, techniques to conduct the cooling power of two cold heads inside the magnet are
necessary. Therefore, a new cold bore design has been developed. Some of its most important
elements have been tested at Stefan Meyer Institute for Subatomic Physics for their thermal
conductivity.
At J-PARC, the E57 experiment is looking at the 1s state in kaonic deuterium.
The energy of the thus released X-rays gives information on the shift and broadening of the
ground state induced by the strong interaction described by the non-perturbative, low-energetic
regime of QCD. Due to a substandard number of X-rays during the last measurements in 2018,
a new active target cell is being designed. A fundamental aspect of the changed design is
the question of possible electronic feed through materials. Two materials have been tested for
providing the necessary qualities of keeping the target tight at the 150 Kelvin regime.
A second experiment looking at the 1s state of kaonic deuterium is
SIDDHARTA-2. Here, the X-ray detectors are surrounding the target cell holding the deuterium.
However, methods are needed to keep the detectors’ temperature at optimal temperature
range. Possible methods have been tested.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
cryogenics vacuum technology experimental Particle Physics
Schlagwörter
(Deutsch)
Kryogenik Vakuumtechnik experimentelle Teilchenphysik
Autor*innen
Victoria Kletzl
Haupttitel (Englisch)
Cryogenics for active hydrogen targets and particle traps
Paralleltitel (Deutsch)
Kryogenische Systeme für aktive Wasserstoff-Targets und Teilchenfallen
Publikationsjahr
2021
Umfangsangabe
v, 60, iv-xi Seiten : Illustrationen, Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Johann Zmeskal
AC Nummer
AC16381036
Utheses ID
58952
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |