“misure del tempo di coerenza dello spin per un fascio di...
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“Misure del tempo di coerenza dello spin per un fascio di
deuteroni polarizzati”
Greta Guidoboni
Università e INFN di Ferrara
XCVIII Congresso Nazionale
Napoli, 17-21 Settembre 2012
Società Italiana di Fisica
Perchè studiare il Momento di Dipolo Elettrico
Andrei Sakharov (1967):
● Modello Standard (SM) violazione CP non sufficiente
● Modelli oltre il SM prevedono grande violazione CP
“CP-ViolationCP-Violation is one of the 3 conditions to enable a universe containing initially equally amount of matter and antimatter to evolve into a matter- dominated universematter- dominated universe, which we see today...”
Cosa ha generato l'ASIMMETRIA BARIONICA ?
Impronta lasciata da questi meccanismi è
Momento di Dipolo Elettrico Permanente● Spostamento dei centri di carica positiva e
negativa all'interno della particella
● Giace lungo l'asse di spin
● Viola entrambe le simmetrie P e T = violazione di CPViolazione di CP
J.M. Pendlebury and E.A. Hinds
NIM A 440 (2000) 471
Esperimentifuturi
EDM è sensibile a NUOVA FISICA
Nessun EDM è ancora stato misurato
neutrone
elettrone
p,d10-29 e cm
Limiti attuali
Campo B verticale sdr laboratorio
Campo E radialesdr particella
FROZEN SPIN Technique
d s⃗dt
= d⃗× E⃗ Seganale EDM = precessione spin nel piano verticale
Fascio polarizzato orizzontalmente
Spin allineati alla velocità
Come misurare l'EDM di particelle cariche
Particella con momento magnetico anomalo in un anello
Spin tune numero di precessioni spin per giro
Iniezione: Tutti gli spin allineati
Dopo alcuni giri:
Particelle hanno velocità diversevelocità diverse
Spin sfasati nel piano orizzontale
Perdita polarizzazione orizzontale!Perdita polarizzazione orizzontale!
Vita media polar. Orizzontale
=Tempo di
osservazione =
Tempo di coerenza dello spin
s⃗
νs=G γ
1) Spin tune
Problemi tecnici: asse verticale = direzione stabile dello spin
2) Tempo di coerenza dello spin
Gamma relativistivoMomento magnetico
anomalo anello
s⃗
y
y y
109 giri necessari per misurare
Precessione minima misurabile
θEDM=2dEℏ
t=5(10−9 rads )t
1giro≈10−6 s
θEDM≈( 10−15radturn )
d≈10−29 e⋅cm E=17 MV /m
θEDM
θ≈10−6 rad
Assumendo e
Tempo di coerenza dello spin t > 1000 s
precisione 1 anno di acquisizione dati10−29 e⋅cm
Test di attuabilità
Esempio: misura EDM deuterone
Studi di tempo di coerenza dello spin
tempo di coerenza dello spin >1000s SCOPO: misura EDM deuteroneEDM deuterone
precisione 10-29 e cm
● Anello di accumulazione: COSY (COoler SYnchrotron)
@ Forschungszentrum J@ Forschungszentrum Jüülich (Germania)lich (Germania)
● Polarimetro: EDDA● Estrazione continua del fascio● Asimmetrie L/R p
v e U/D p
o
Studi di tempo di coerenza dello spin
1) Come misurare τSC
Polarizzazione nel piano orizzontale (anello) in funzione del tempo
2) Incidenza emittanza (dimensione trasversale del fascio) su τSC
3) Correzioni per aumentare τSC
Campi di sestupolo
● Fascio di deuteroni
● Polarizzati nel piano orizzontale (anello)
● Momento p = 0.97 GeV/c
Beam time di Maggio 2012
τSC
Effetti di EMITTANZA
“Oscillazioni di betatrone” = oscillazioni nel piano verticale e orizzontale
Percorso più lungo, maggior velocità
Spin tune spread
τSC
= tempo richiesto alla polarizzazione
orizzontale per raggiungere 2/3 del valore iniziale
Misure di τSC
per diversi profili orizzontali
Tipica larghezza orizzontale > 4mmCooling on
Problemi di accettanzaPrevisione:
1τSC
≈ A⋅σ x2+B⋅σ y
2
σ = FWHM, profilo del fascio è gaussiano
y
Fascio raffreddato
● Più lungo τSC
= (318±40)s
● Debole dip. da campo di sestupolo
Correzioni con sestupoli
Campodi sestupolo∝r 2 Correzione orbita della particella
Riduzione spin tune spread
Misure di τSC
for diverse intensità di campo di sestupolo
Percentuale della corrente di uscita del sestupolo
Previsione:
Zero crossing: MXS=28%
1τSC
=(A+ a1 J )σ x2
Campo di sestupolo posizionato dove
σ
x è grande
Diversi profili orizzontali σx
● Diverse pendenze
● Stesso zero crossing
Campo di sestupolo può essere utilizzato per
aumentare τSC
fino a 1000 s
Spin coherence time collaboration
Z. Bagdasarian1, P. Benati2, S. Bertelli2, D. Chiladze1,3, J. Dietrich3, S. Dimov3,4, D. Eversmann5, G. Fanourakis6, M. Gaisser3, R. Gabel3, B. Gou3, G. Guidoboni2, V. Hejny3, A. Kacharava3,
V. Kamerdzhiev3, P. Kulessa7, A. Lehrach3, P. Lenisa2, Be. Lorentz3, L. Magallanes8, R. Maier3, D. Michedlishvili1,3, W. M. Morse9, D. Öllers2,3, A. Pesce2, A. Polyanskiy3,10, D. Prasun3, J. Pretz5,
F. Rathmnann3, Y. K. Semertzidis9, V. Schmakova3,4, E. J. Stephenson11, H. Stockhorst3, H. Ströher3, R. Talman12, Yu. Valdau3,13, Ch. Weideman2,3, P. Wüstner14.
11Tbilisi State University, Tbilisi State University, GeorgiaGeorgia22University and/or INFN of Ferrara, University and/or INFN of Ferrara, ItalyItaly
33IKP Forschungszentrum JIKP Forschungszentrum Jüülich, lich, GermanyGermany44JINR, Dubna, JINR, Dubna, RussiaRussia
55III. Physikalisches Institut RWTH Aachen, III. Physikalisches Institut RWTH Aachen, GermanyGermany66Institute of Nuclear Physics NCSR Democritos, Athens, Institute of Nuclear Physics NCSR Democritos, Athens, Greece Greece
77Jagiellonian University, Krakow, Jagiellonian University, Krakow, PolandPoland88Bonn University, Bonn University, GermanyGermany
99Brookhaven National Laboratory, New York,Brookhaven National Laboratory, New York, USA USA 1010Institute of Theoretical and Experimental Physics, Moscow,Institute of Theoretical and Experimental Physics, Moscow, Russia Russia
1111Center for Exploration of Energy and Matter, Indiana University, Bloomington, Center for Exploration of Energy and Matter, Indiana University, Bloomington, USAUSA1212Cornell University, New York, Cornell University, New York, USAUSA
1313Petersburg Nuclear Physics Institute, Gatchina, Petersburg Nuclear Physics Institute, Gatchina, RussiaRussia1414ZEL Forschungszentrum JZEL Forschungszentrum Jüülich, lich, GermanyGermany