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Positron preparation for (anti-)hydrogen measurements in the ASACUSA-Cusp experiment
Andreas Lanz
Art der Arbeit
Dissertation
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Doktoratsstudium Naturwissenschaften: Physik
Betreuer*in
Eberhard Widmann
DOI
10.25365/thesis.78844
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-10753.53454.675375-2
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Ziel des ASACUSA-Cusp Experiments am CERN ist die Messung der Aufspaltung der Hyperfein Struktur von grundzustands Antiwasserstoff in einem niedrigen Magnetfeld mittels eines Spin-polarisierten Strahl aus Antiatomen. Antiwasserstoff wird durch eine Drei-Körper Rekombination erzeugt, indem ein Positronen- und ein Antiprotonen- Plasma in einer Penning-Malmberg Falle zusammengeführt werden. Der Fokus dieser Arbeit liegt in der Vorbereitung des Positronen-Plasmas, um eine Steigerung der Produktionsrate von Antiwasserstoff zu erreichen. Das Positronen System wurde erneuert und charakterisiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zum ersten Mal Kühlung durch Verdunstung ("evaporative cooling") von Positronen und die Kompression von einem Positronen-Plasma im Strong Drive Regime, im ASACUSA-Cusp Experiment gemessen. Wegen der verbesserten Kontrolle des Plasmas war es möglich, bis zu 80% der gefangenen Antiprotonen in Antiwasserstoff umzuwandeln, was bis zu 0.4 Millionen Antiatomen entspricht. Zusätzlich wurde die Entwicklung der Temperatur, der Anzahl der Teilchen und des radiales Dichteprofils des Antiprotonen- und des Positronen-Plasmas während der Produktion von Antiwasserstoff gemessen. Dies gab einen Einblick in den Formierungsprozess. Des Weiteren wurde die Temperaturabhängigkeit des Drei-Körper Rekombinationspozesses gemessen, indem das Positronen-Plasma aufgeheizt wurde und die jeweilig produzierten Antiwasserstoffatome detektiert wurden. Zu guter Letzt wurde eine Niederenergie-Protonenquelle erfolgreich in das Experiment installiert. Die Quelle wurde für Zeiten, in denen CERN keine Antiprotonen bereitstellt, entwickelt. Mit dieser Quelle ist es möglich, die Wasserstofferzeugung durch das Kombinieren von Elektronen und Protonen im gleichen experimentellen Aufbau, der für die Erzeugung von Antiwasserstoff verwendet wird, in einer sehr viel kürzeren Zeitspanne zu untersuchen. Die Ergebnisse können dann auf Antiwasserstoff angewendet werden.
Abstract
(Englisch)
The ASACUSA-Cusp experiment at CERN aims to measure the ground-state hyperfine splitting of antihydrogen in a low magnetic field region using a spin-polarised beam of antiatoms. Antihydrogen is produced via three-body recombination by merging a positron and an antiproton plasma in a Penning-Malmberg trap. The focus of this work lies on the preparation of the positron plasma to achieve an increase in the production rate of antihydrogen atoms. The positron apparatus was upgraded and characterised. Within the scope of this work, the first measurements of evaporatively cooling positrons and compressing the positron plasma in the strong drive regime in the ASACUSA-Cusp experiment was performed. The developments in the plasma control made it possible to convert up to 80% of the trapped antiprotons into antihydrogen, yielding up to \unit[0.4]{million} antiatoms. Additionally, the evolution of the temperature, radial density profile and the number of particles of the antiproton and positron plasmas were measured during the production of antihydrogen, yielding insight into the formation process. Further, the temperature dependence of the three-body recombination process was measured by heating the positron plasma and detecting the resulting number of antihydrogen atoms. Last but not least, a low energy proton source was successfully installed into the experiment. This source was developed for times when CERN does not provide antiprotons. With this source it is possible to investigate the production of hydrogen by mixing protons and electrons in the same apparatuses used for antihydrogen production in a much shorter time frame. The results can then be applied to the antimatter experiments.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Positronen Nicht-neutrale Plasmen Antiwasserstoff Protonen Teilchenfallen
Schlagwörter
(Englisch)
Positrons Non-neutral Plasma Antihydrogen Protons Particle traps
Autor*innen
Andreas Lanz 
Haupttitel (Englisch)
Positron preparation for (anti-)hydrogen measurements in the ASACUSA-Cusp experiment
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
x, 137 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*innen
Paolo Crivelli ,
Dirk Peter van der Werf
Klassifikationen
33 Physik > 33.05 Experimentalphysik ,
33 Physik > 33.30 Atomphysik. Molekülphysik
AC Nummer
AC17595871
Utheses ID
74873
Studienkennzahl
UA | 796 | 605 | 411 |