antihydrogênio: testes of física fundamental -...

Groningen’15Universidade do Brasil

Antihydrogênio: testes of física fundamental

Cláudio Lenz [email protected]

Instituto de Física - UFRJ - BrazilCollaborations ATHENA, ALPHA / CERN

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04/08/2011

Edital nº 12/2011 - "Cientista do Nosso Estado — 2011"

Edital FAPERJ n.º 12/2011PROGRAMA "Cientista do Nosso Estado — 2011"

O Governo do Estado do Rio de Janeiro, a Secretaria de Estado de Ciência e Tecnologia e a Fundação Carlos Chagas Filho de

Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro – FAPERJ – fazem saber, por via do presente Edital, que estão abertas as inscrições para aseleção de projetos coordenados por pesquisadores vinculados a Instituições de Ensino e Pesquisa sediadas no Estado do Rio de Janeiro, noâmbito do programa "Cientista do Nosso Estado – 2011", conforme segue: 1. Objetivos

As bolsas "Cientistas do Nosso Estado", ou "Bolsas de Bancada para Projetos – BBP", destinam-se a apoiar, por meio deconcorrência, projetos coordenados por pesquisadores de reconhecida liderança em sua área, com vínculo empregatício em instituições deensino e pesquisa sediadas no estado do Rio de Janeiro. As propostas selecionadas receberão recursos mensais por 36 (trinta e seis) meses,visando prover apoio para o desenvolvimento de seus projetos de pesquisa (item 5). 2. Elegibilidade e restrições2.1 São elegíveis neste Edital os pesquisadores que tenham:

! grau de doutor e reconhecida liderança em sua área, com produção científica de alta qualidade, compatívelcom o nível de pesquisador 1 do CNPq, especialmente nos últimos cinco anos;

! ao menos uma orientação de doutorado concluída, não sendo consideradas, como critério de elegibilidade, co-orientações ou orientações em andamento;

! ao menos uma orientação de doutorado em andamento, não sendo consideradas co-orientações;! obtido financiamento a pesquisas por meio de agências de fomento nacionais, estaduais ou internacionais,

pró-reitorias, fundações e empresas públicas ou privadas;! vínculo empregatício com centros de pesquisas, universidades ou instituições de ensino e pesquisa sediadas

no estado do Rio de Janeiro.

2.2 Não são elegíveis nesta modalidade de apoio:! pesquisadores que recebam bolsas de pós-doutorado de qualquer agência de fomento ou fundação, bem

como professores visitantes ou que tenham vínculo temporário com instituições;! pesquisadores contemplados nos editais "Cientista do Nosso Estado – 2009 e 2010";! pesquisadores com pendências (inadimplentes) junto a FAPERJ; a eventual aceitação da documentação não

garante que o projeto será avaliado. 2.3 Os pesquisadores apoiados por este edital deverão desenvolver, em cada um dos anos de vigência de suas bolsas, aomenos uma atividade científica/tecnológica (palestra, curso, exposição etc.) em escolas públicas (níveis fundamental oumédio) sediadas no Estado do Rio de Janeiro;2.4 As propostas submetidas neste edital que não se enquadrem nos objetivos e/ou que não atendam aos critérios de elegibilidade serãodesclassificadas. 3. Enquadramento e critérios de seleção3.1 Serão considerados na avaliação das propostas:

! o mérito técnico-científico, sua articulação entre as metas do projeto, histórico de associações com redescooperativas de pesquisa e a sua adesão aos termos deste edital;

! a relevância para o desenvolvimento científico, tecnológico, econômico e social do Estado do Rio de Janeiro;! a demonstração da capacidade de formação de recursos humanos;! o potencial multiplicador do projeto, por meio da articulação com outros grupos consolidados;! a participação de jovens pesquisadores na equipe responsável pelo projeto de pesquisa;! a participação em programas de pós-graduação stricto sensu em instituições sediadas no estado do Rio de

Janeiro;! a clareza quanto à definição dos fatos e metas relativos ao acompanhamento e avaliação, pela FAPERJ, da

evolução do trabalho desenvolvido;! a experiência e a capacidade técnica do proponente do projeto;! a infraestrutura disponível na instituição para a realização das atividades de pesquisa relativas ao

desenvolvimento dos projetos propostos;! Curriculum vitae do proponente.

3.2 As propostas serão analisadas por uma Comissão Especial de Julgamento, designada pela diretoria da FAPERJ;3.3 Os resultados do julgamento serão divulgados na página da FAPERJ na Internet e comunicados aos solicitantes, por meio do sistemainFAPERJ, em data constante no cronograma (item 6).

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mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Claudio Lenz Cesar - 2013Universidade do Brasil 3

("BigQues+onsinScience",MunKeatLooi,HayleyBircheColinStuart)[h>p://www.theguardian.com/science/2013/sep/01/20-big-ques+ons-in-science(Marcelo

1.DoqueéfeitooUniverso?Desconhecemos95%doquecompõeoUniverso(matéria/energiaescura)

2.Comosurgiuavida?

3.EstamossósnoUniverso?

4.Oquenostornahumanos?(comparadocommacacos,etc)

5.Oqueéoconsciente?

6.Porquesonhamos?

7.Porqueamatériaexisteean+matérianão?...

http://www.iflscience.com/physics/top-10-unsolved-mysteries-science

Ver também (dentre outros):

http://www.theguardian.com/science/2013/sep/01/20-big-questions-in-science








Claudio Lenz Cesar - CECIERJ - 2013

Átomo moderno (transmutação: N - O)

web

Rutherford(‘08)

4

Raio do Proton: RP ~ 1 fm = 10-15 mRaio do Átomo (H:1s): a0 ~ 0.5 Å = 0.5x10-10 m

razão a0/RP ~ 0.5 x105

Raio da Terra: RT ~ 6x106 mRaio do Sol: RS ~ 7x108 m

Distância Média Terra-Sol: dTS ~ 1.5x1011 mrazão dTS/RS ~ 200

razão dTS/RT ~ 0.2 x105


Átomo: ressoador

web

Rutherford(‘08)

web

ressoadorBohr(‘22) & a velhaMec. Quântica

5

Efeito Doppler

Sheldom Cooper“Big Bang Theory”


Átomo Quântico

web

Rutherford(‘08)

web

resonator

Schrödinger(‘33)

Bohr(‘22) & the oldQuantum

Mechanics

de Broglie: P =hl

) l =h

mv

rv

Fe-,

Zp,

de Broglie(29)

6


Schrödinger (1887-1961, Viena), autor de “Natureza e os Gregos”, “Ciência e Humanismo”, “O que é vida? Mente e Matéria”..

Erwin Schrödinger é o pai da “nova” teoria quântica, ao formular a equação de onda que leva seu nome. “O que é Vida? O aspecto física da célula viva” e “Mente e Matéria” são obras-primas onde o filósofo científico Schrödinger antecipa a estrutura do DNA, “um cristal aperiódico” carregando a hereditariedade genética e que somente à luz da Física Quântica pode ser compreendido. No epílogo trata da questão do livre-arbítrio. Já em “Mente e Matéria”, Schrödinger discute a “consciência” e a exclusão dela da própria teoria científica. A Quântica assegura ao mesmo tempo a estabilidade molecular de tal código em temperatura ambiente - necessário para que se passe informação por gerações de seres vivos - quanto assegura a possibilidade de “erros” (mutações) necessárias para a “evolução”.Como me disse um colega: “...nenhum filósofo livre (de livre pensar) chegaria à Mecânica Quântica...”Até hoje, a MQ é uma das teorias mais impressionantes e menos intuitiva da Física e assim a mais mal (ab)usada e interpretada pelo público em geral.

Claudio Lenz Cesar - MIT- 2011Universidade do Brasil

Física Moderna

web

Rutherford(‘08)

web

resonator

Schrödinger(‘33)

Einstein(‘21)

Bohr(‘22) & the oldQuantum

Mechanics

de Broglie: P =hl

) l =h

mv

rv

Fe-,

Zp,

de Broglie(29)

8


+∞

+ mc2

E=0- mc2

-∞

Antimatéria

Dirac(’33)Átomos Relativísticos: Teoria Quântica de Campos

fine structureP3/2 P1/2

Anderson (‘36)

e+ detection

Segré (‘59)

Chamberlain (‘59) pbar

Exotic Atoms &

Anti-atoms

10

CLC - Aula Magna - IFSC’2011

CRIAÇÃO

- Conservação de energia e momento linear- Outras simetrias e leis de conservação se aplicam

E

11

Calouros - IF-UFRJ - 2008

ANIQUILAÇÃOReversão Temporal (T)

Na aniquilação elétron(e-)-pósitron(e+) toda a MASSA é transformada em pura ENERGIA:

“reator de matéria-antimatéria da Enterprise de STAR-TREK”;

NASA - única fonte de energia para viagem para fora do sistema Solar!

E


Momento inicial = final = 0

Energia inicial = final⇡ 2⇥511 keV

As soluções com a antimatéria Pósitron Emission Tomography

PET scanhttp://www.epub.org.br/cm/n01/pet/pet.htm

511 keV

511 keV

e+

e-

Momento inicial = final =0Enegia inicial = final = 2x511 keV

Claudio Lenz Cesar - Groningen 2015Universidade do Brasil

Discrete Symmetry Operations“P” - parity, space inversion: -r <=> +r

“C” - charge conjugation: e- <=> e+“T” - time reversal: -t <=> +t

P(‘57) CP(‘80) CPT (?)

C. Yang1957

T.D.Lee1957

J. Cronin1980

V. Fitch1980

”Two-Photon Spectroscopy of Trapped Atomic Hydrogen”, Claudio L. Cesar, Dale G. Fried, Thomas C. Killian, Adam D. Polcyn, Jon C. Sandberg, Ite A. Yu, Thomas J. Greytak, and Daniel Kleppner, John M. Doyle, PRL 77, 255 (1996)

“Measurement of the Hydrogen 1S-2S Transition Frequency by Phase Coheren t Compar ison w i th a Microwave Cesium Fountain Clock”, M. Niering, R. Holzwarth, J. Reichert, P. Pokasov, Th. Udem, M. Weitz, and T. W. Hänsch, P. Lemonde, G. Santarelli, M. Abgrall, P. Laurent, C. Salomon and A. Clairon, PRL 77, 5496(2000)

2S(122 ms)

1S

2P

H levels

1 R

y =

13.6

eV

La

243

nm24

3 nm

CPT TheoremQuantum Field Theory

Lorentz Local invarianceFlat space

14

Claudio Lenz Cesar - Groningen 2015Universidade do Brasil 15

Baryogenesis- How come the Universe have only “matter”

left and no “antimatter” ?

other problems with current model:unification? dark matter and energy?

Where is the antimatter in the Universe ?Where is the anti-you ?

What’s the right story for the “Big-Bang” ?

AMS: AntiMatterSpectrometer or

Alpha Magnetic Spectrometer


1 - CPT theorem, base of the Standard Model:

2 - Relativity → Equivalence Principle

“CPT and Lorentz Tests in Hydrogen and Antihydrogen”, Robert Bluhm, V. Alan Kostelecký, and Neil Russell, PRL 82, 2254 (1999)

MPQ, Garching web page

ANTIHYDROGEN

!H" g !H"- g

Antigravity ???


Symmetry Operations“P” - parity, space inversion: -r <=> +r

“C” - charge conjugation: e- <=> e+“T” - time reversal: -t <=> +t

P(‘57) CP(‘80) Hydrogen (1S-2S)

C. Yang1957

T.D.Lee1957

J. Cronin1980

V. Fitch1980

”Two-Photon Spectroscopy of Trapped Atomic Hydrogen”, Claudio L. Cesar, Dale G. Fried, Thomas C. Killian, Adam D. Polcyn, Jon C. Sandberg, Ite A. Yu, Thomas J. Greytak, and Daniel Kleppner, John M. Doyle, PRL 77, 255 (1996)

“Improved Measurement of the Hydrogen 1S–2S Transition Frequency”, hristian G. Parthey, Arthur Matveev, Janis Alnis, Birgitta Bernhardt, Axel Beyer, Ronald Holzwarth, Aliaksei Maistrou, Randolf Pohl, Katharina Predehl, Thomas Udem, Tobias Wilken, Nikolai Kolachevsky, Michel Abgrall, Daniele Rovera, Christophe Salomon, Philippe Laurent, and Theodor W. Hänsch, PRL 107, 203001(2011)

4 parts in 1015

2S(122 ms)

1S

2P

H levels

1 R

y =

13.6

eV

La

243

nm24

3 nm


G. Bonomi, A. Bouchta, M.Doser, M.H.Holzscheiter,A. Kellerbauer,R. Landua

J. S. Hangst, N. Madsen

Institute for Phys. and Astron. (Aarhus) Denmark

CERN, Geneva (Switzerland)

P.D. Bowe, M. Charlton, L.V. Jorgensen, D.J.R. Mitchard, D.P. van der Werf

Dep. of Phys., Univ of Wales Swansea (UK)

M.C. Fujiwara, Y. Yamazaki

Atomic Phys. Lab, RIKEN (Japan)

R. Funakoshi,R.S. Hayano

Dep. of Phys. and Inst. of Phys. (Tokyo) (Japan)

C. Amsler, I. Johnson,H. Pruys,C. Regenfus, J. Rochet

Inst. of Phys. Zurich Univer. (Switzerland)

M. Amoretti, C. Canali, C. Carraro, V. Filippini, A. Fontana, P. Genova, V. Lagomarsino, E. Lodi Rizzini, M. Macri, G. Manuzio, P.Montagna, A. Rotondi, G. Testera, A. Variola, L. Venturelli, N. Zurlo

Ist. Naz. Fisica Nucl. and Univ. of Brescia, Genova, Pavia (Italy)

C. Lenz Cesar

Fed. Univ. Of Rio de Janeiro (Brazil)

ATHENA Collaboration (est. 97)

Calouros IF-UFRJ - 2008

Escalas de Energia/TemperaturaLog T T (K) Fenômeno13 10000000000000 p, p, n, (10-6 s) 10 10000000000 núcleosíntese primordial, e-, e+ (1s),6 1000000 átomos3.8 6000 superfície do sol2.5 300 terra, homem, água-gelo1.9 77 nitrogênio líquido0.64 4 hélio líquido, universo hoje (2.8 K)0.11 1.3 refrigerador de 4He

-0.52 0.3 refrigerador de 3He-2 0.01 refrigerador de diluição 3He-4He-3.7 0.0002 resfriamento Doppler a laser-5 0.00001 resfriamento a laser - recuo de fóton-9 0.000000001 resfriamento por evaporação (BEC)-12 0.000000000001 energia do puro condensado (BEC)

Calouros IF-UFRJ - 2008

Cold Antihydrogen

CPT Symmetry Gravity Cosmology

Monte Carlo

Plasmas Traps Detectors Software

LasersCryogenicsUH Vacuum

ALPHA

ANTIHIDROGÊNIO

Electronics


2 · 107 antiprotons / cycle

P = 100 MeV/c (E = 5 MeV)

Colóquio - IFCE - 2010

CERN


M. Amoretti et al (ATHENA COLLABORATION) NIM A 518 (2004) 679

ATHENA apparatus

Mixing in the nested trapT=15 Kelvin


Penning trapping - pbars

B

24


Armadilha de Penning - antiprótons

25

B B


Pósitron (e+) Accumulator:Penning Trap and Buffer Gas


Antihydrogen detector

Production Mechanisms

Mixture

Antiprótons + Pósitrons

γ ∼ T-9/2


Vertex rec. eff.: 50%

Position resolution (σ): 4 mm

Silicon trigger efficiency: (85 +-10)%

Photon energy resolution: 24% (FWHM) @ 511KeV

Photon detection efficiency: 20%

Full simulation by Montecarlo based on GEANT 3.21

Antihydrogen detector

Si strips

CsI crystals

3T

108 e+104 pbars

θγγ

Amoretti et al.,(ATHENA coll.)Nature 419 (2002) 456

Opening angle distribution131± 22 Golden Events

(>50000 Hbars) in sept 2002


LE MONDE | 19.09.02 | 12h50

Les physiciens ont fabriqué une multitude d'antimondes A Genève, une quarantaine de chercheurs du CERN sont parvenus à fabriquer 50 000 atomes d'antihydrogène. Leur but : déterminer si matière et antimatière obéissent de la même façon aux lois de la physique.

More Sci- Than Fi, Physicists Create Antimatter By DENNIS OVERBYE September 19, 2002

Physicists working in Europe announced yesterday that they had passed through nature's looking glass and had created atoms made of antimatter, or antiatoms, opening up the

Cientistas criam átomos de antimatéria em grande quantidadeHerton Escobar Quarta-feira, 18 de setembro de 2002 - 22h24 Os pesquisadores produziram 50.000 átomos de anti-hidrogênio, uma partículaespelhada do hidrogênio comum, só que com cargas trocadas (positivo no lugar de negativo, e vice-versa) ...Cearense bem-humorado e professor do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), ele é um dos líderes do grupo Athena, formado por 39 pesquisadores de Brasil, Itália, Suíça, Dinamarca, Grã-Bretanha e Japão, dedicado ao estudo da antimatéria no Cern (sigla da Organização Européia para Pesquisas Nucleares).

Cern consegue produzir antimatéria "fria" LUISA MASSARANIFREE-LANCE PARA A FOLHASão Paulo, quinta-feira, 19 de setembro de 2002 Cientistas anunciaram ontem em artigo publicado on-line pela revista científica britânica

"Nature" (www.nature.com) a obtenção de antiátomos de hidrogênio com velocidades baixas ("frios") e em grandes quantidades. Foram produzidos pelo menos 50 mil átomos de anti-hidrogênio, o elemento mais simples no mundo da antimatéria, dotados de velocidades similares às dos átomos presente na atmosfera. O experimento foi realizado no Cern, a Organização Européia de Pesquisa Nuclear sediada na Suíça, e abre caminho para testar de uma forma mais rigorosa alguns dos pilares da física moderna.

... "Estamos trabalhando para, no futuro, aprisionar os anti-hidrogênios em armadilhas magnéticas nas quais devem durar horas", afirma o cearense Claudio Lenz Cesar, 38, pesquisador do Instituto de Física da UFRJ ...

CERN Group Detects More than 100 AntihydrogensBárbara Gross Levi

The mating of a positron to an antiproton is a significant milestone along an arduous path toward a comparison of matter with antimatter....There's another reason why it's important to understand the formation process. ATHENA collaborator Claudio Lenz Cesar (Federal University of Rio de Janeiro, Brazil) says that he and his colleagues now have some preliminary ideas about how the antiprotons and positrons are Colaboração internacional de pesquisadores consegue produzir anti-hidrogênio ‘frio’. ... “Athena é, na verdade, uma fusão de três grupos, cada um especializado numa determinada área do projeto: armazenagem e resfriamento de antiprótons, capturade pósitrons e espectroscopia de alta resolução. Um de seus objetivos é fazer medições do anti-hidrogênio e compará-las com as existentes para o hidrogênio”, conta Cláudio Lenz Cesar, professor da Universidade Federal do Rio de Janeiro(UFRJ) e membro da colaboração....


University of Aarhus, Denmark

Auburn University, USA University of British Columbia, Canada

University of California Berkeley, USA

Simon Fraser University, Canada

University of Liverpool, UK NRCN - Nucl. Res. Center Negev, Israel

Federal University of Rio de Janeiro, Brazil

RIKEN, Japan

University of Wales Swansea, UK

University of Tokyo, Japan

TRIUMF, Canada

ALPHA CollaborationEst. 2006

30


A Magnet Trap for AntiHydrogen


Field Configuration - capturing pbars

33

!"#$%&'(#)

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122+3+"4%+'2

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1

1.5

2

2.5

3

3.5

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

mm from BE

Total

field

(T)

ALPHA calculatedcombinedFinal degraderHVR centreEnd thin electrodesPositron region endALPHA realStart thin electrodesMagnet centreDirk NEW

3 T in catching region, 1 T in mixing forlarger neutral well depth

Outer solenoid

Inner solenoid

Mirror coils


ALPPHA

34


ALPPHApbar annihilation = pions silicon detector : imaging

35


Hbar simulation

left biasright biasno bias

Pbar sim.

After 1 year of tests:


LETTERdoi:10.1038/nature09610

Trapped antihydrogenG. B. Andresen1, M. D. Ashkezari2, M. Baquero-Ruiz3, W. Bertsche4, P. D. Bowe1, E. Butler4, C. L. Cesar5, S. Chapman3,M. Charlton4, A. Deller4, S. Eriksson4, J. Fajans3,6, T. Friesen7, M. C. Fujiwara8,7, D. R. Gill8, A. Gutierrez9, J. S. Hangst1,W. N. Hardy9, M. E. Hayden2, A. J. Humphries4, R. Hydomako7, M. J. Jenkins4, S. Jonsell10, L. V. Jørgensen4, L. Kurchaninov8,N. Madsen4, S. Menary11, P. Nolan12, K. Olchanski8, A. Olin8, A. Povilus3, P. Pusa12, F. Robicheaux13, E. Sarid14, S. Seif el Nasr9,D. M. Silveira15, C. So3, J. W. Storey8{, R. I. Thompson7, D. P. van der Werf4, J. S. Wurtele3,6 & Y. Yamazaki15,16

Antimatter was first predicted1 in 1931, by Dirac. Work with high-energy antiparticles is now commonplace, and anti-electrons areused regularly in themedical technique of positron emission tomo-graphy scanning. Antihydrogen, the bound state of an antiprotonand a positron, has been produced2,3 at low energies at CERN (theEuropean Organization for Nuclear Research) since 2002.Antihydrogen is of interest for use in a precision test of nature’sfundamental symmetries. The charge conjugation/parity/timereversal (CPT) theorem, a crucial part of the foundation of thestandard model of elementary particles and interactions, demandsthat hydrogen and antihydrogen have the same spectrum. Giventhe current experimental precision of measurements on the hydro-gen atom (about two parts in 1014 for the frequency of the 1s-to-2stransition4), subjecting antihydrogen to rigorous spectroscopicexamination would constitute a compelling, model-independenttest of CPT. Antihydrogen could also be used to study the gravita-tional behaviour of antimatter5. However, so far experiments haveproduced antihydrogen that is not confined, precluding detailedstudy of its structure. Here we demonstrate trapping of antihydro-gen atoms. From the interaction of about 107 antiprotons and73 108 positrons, we observed 38 annihilation events consistentwith the controlled release of trapped antihydrogen from ourmag-netic trap; themeasured background is 1.46 1.4 events. This resultopens the door to precision measurements on anti-atoms, whichcan soon be subjected to the same techniques as developed forhydrogen.Charged particles of antimatter can be trapped in a high-vacuum

environment in Penning–Malmberg traps, which use axial electricfields generated by hollow cylindrical electrodes and a solenoidal mag-netic field to provide confinement. The ALPHA apparatus, located atthe Antiproton Decelerator6 at CERN, uses several such traps to accu-mulate, cool and mix charged plasmas of antiprotons and positrons tosynthesize antihydrogen atoms at cryogenic temperatures. ALPHAevolved from the ATHENA experiment, which demonstrated produc-tion and detection of cold antihydrogen at CERN in 20022.In addition to the charged particle traps necessary to produce anti-

hydrogen, ALPHA features a novel, superconducting magnetic trap7

(Fig. 1) designed to confine neutral antihydrogen atoms through inter-action with their magnetic moments. The atom trap—a variation onthe Ioffe–Pritchard minimum-magnetic-field geometry8—comprisesa transverse octupole9,10 and two solenoidal ‘mirror’ coils, and sur-rounds the interaction region where antihydrogen atoms are pro-duced. In comparison with a quadrupole field (used in traditionalatom traps) producing an equal trap depth, the transverse field of an

octupole has been shown to greatly reduce the perturbations oncharged plasmas9,10. The liquid helium cryostat for the magnets alsocools the vacuum wall and the Penning trap electrodes; the latter aremeasured to be at about 9K. Antihydrogen atoms that are formedwithlow enough kinetic energy can remain confined in the magnetic trap,rather than annihilating on the Penning electrodes. The ALPHA trapcan confine ground-state antihydrogen atoms with a kinetic energy, in

1Department of Physics and Astronomy, Aarhus University, DK-8000 Aarhus C, Denmark. 2Department of Physics, Simon Fraser University, Burnaby, British Columbia V5A 1S6, Canada. 3Department ofPhysics, University of California, Berkeley, California 94720-7300, USA. 4Department of Physics, SwanseaUniversity, Swansea SA28PP, UK. 5Instituto de Fısica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Riode Janeiro 21941-972, Brazil. 6Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California 94720, USA. 7Department of Physics and Astronomy, University of Calgary, Calgary, Alberta T2N 1N4, Canada.8TRIUMF, 4004 Wesbrook Mall, Vancouver, British Columbia V6T 2A3, Canada. 9Department of Physics and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, British Columbia V6T 1Z1, Canada.10Fysikum, Stockholm University, SE-10691, Stockholm, Sweden. 11Department of Physics and Astronomy, York University, Toronto, Ontario M3J 1P3, Canada. 12Department of Physics, University ofLiverpool, Liverpool L697ZE,UK. 13Department of Physics, AuburnUniversity, Auburn, Alabama36849-5311,USA. 14Departmentof Physics,NuclearResearchCenterNEGEV,BeerSheva, IL-84190, Israel.15Atomic Physics Laboratory, RIKEN, Saitama 351-0198, Japan. 16Graduate School of Arts and Sciences, University of Tokyo, Tokyo 153-8902, Japan. {Present address: Physik-Institut, Zurich University,CH-8057 Zurich, Switzerland.

0

2

4

6

8

10

–120 –80 –40 0 40 80 120

Pot

entia

l on-

axis

(V)

Axial position, z (mm)

Positrons

Antiprotons:before injection

Antiprotons:after injection

aVacuum wall

Antiprotonsfrom catchingtrap

Annihilationdetector

ElectrodesPositrons fromaccumulator

Octupole

Mirror coils

y

x

z

ϕ

b

Figure 1 | The ALPHA central apparatus and mixing potential.a, Antihydrogen synthesis and trapping region of the ALPHA apparatus. Theatom-trap magnets, the modular annihilation detector and some of thePenning trap electrodes are shown. An external solenoid (not shown) providesa 1-Tmagnetic field for the Penning trap. The drawing is not to scale. The innerdiameter of the Penning trap electrodes is 44.5mm and the minimum-magnetic-field trap has an effective length of 274mm. Each silicon module is adouble-sided, segmented silicon wafer with strip pitches of 0.9mm in the zdirection and 0.23mm in the w direction. b, The nested-well potential used tomix positrons and antiprotons. The blue shading represents the approximatespace charge potential of the positron cloud. The z position ismeasured relativeto the centre of the atom trap.

0 0 M O N T H 2 0 1 0 | V O L 0 0 0 | N A T U R E | 1


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122+3+"4%+'2

5#%#$%'&

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#!

60

ConclusionsTrapping and manipulating antihydrogenFirst resonant microwaves spin flipping with anti-atoms (10-3)First charge nullity exp. Q~10-8 e / Method for |mG/mI|<70New equipment with optical accessPerspective to do high precision comparison between H and antiH- do they have the same spectra ?- does antiH “fall-down” or “fall-up”? (Spect. & ALPHA-3 vertical)Dispersive Atom Interferometer: http://arxiv.org/abs/1308.1079

RioMatrix Isolation Sublimation:- cryogenic atoms and molecules- trapping, high-precision measurements

243 nm laser:Let the

fun begin!

antihydrogênio: testes of física fundamental -...

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