Автореферат (1149638)
Текст из файла
На правах рукописиЧенмарев Станислав ВалерьевичПрецизионные измерения масс нуклидов в ионнойловушке с помощью метода фазового отображенияСпециальность 01.04.16 — Физика атомного ядра иэлементарных частицАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург — 2015Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университетеНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорНовиков Юрий НиколаевичОфициальные оппоненты:Изосимов Игорь Николаевич,доктор физико-математических наук,Лаборатория Ядерных Реакций Объединённого Института Ядерных Исследований (Дубна),ведущий научный сотрудникЯвшиц Сергей Георгиевич,доктор физико-математических наук,АО Радиевый институт им.
В.Г. Хлопина (СанктПетербург),главный научный сотрудникВедущая организация:Физико-технический институт имени А.Ф. ИоффеРАНЗащита состоится2016 г. вчасов на заседании диссертационногосовета Д 212.232.16 на базе Санкт-Петербургского государственного университета по адресу: Санкт-Петербург, Средний пр. В. О. д 41/43, Институт наук оЗемле, ауд. 304.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке им.
М. Горького.Автореферат разосланУченый секретарьдиссертационного советаД 212.232.16,кандидат физ.-мат. наук, доцент2016 года.Власников Александр КонстантиновичОбщая характеристика работыАктуальность темы.Одной из важнейших величин в фундаментальной физике является массануклида, соответствующая его полной энергии связи.В то время, как для получения новых частиц и исследований их свойствв рамках стандартной модели элементарных частиц требуется переходить ковсе более высоким энергиям, измерения масс ядер можно проводить также приочень низких энергиях, однако с высочайшей точностью.
Для работы с ионами,охлажденными до сверхнизких энергий, в наибольшей степени подходят ионныеловушки Пеннинга.Ионные ловушки зарекомендовали себя как универсальный прибор дляфундаментальных исследований [1]. Они были успешно использованы для измерений масс электронов, протонов и антипротонов, привнеся информацию овыполнимости СРТ-принципа. Установленные на пучках ускорителей и реакторов ловушки активно используются для масс-спектрометрических измеренийэкзотических ядер, внося свою лепту в решение ряда вопросов ядерной астрофизики.И по сей день круг вопросов, которые охватывает приложение этих приборов расширяется. Так, измерения изотопического сдвига g-фактора связанногоэлектрона позволили провести экспериментальную проверку методов квантовой электродинамики в сильных полях вне границ приближения Фарри [2].
Дляопределения этого изотоп-фактора потребовалось точное знание масс нуклидов.Эти измерения были проведены в настоящей работе с помощью ионной ловушки. Была измерена масса нуклида 48 Ca с высокой точностью. Были проведеныизмерения разности масс 187 Re и 187 Os для космохронологии и нейтринной физики [3].Другой актуальной задачей фундаментальной физики является определение массы нейтрино. Если в результате проведения экспериментов в Троицке иМайнце (Германия) масса электронного антинейтрино в экспериментах с тритием получается не более 2,5 эВ, то о массе нейтрино пока еще известно только,что она не превосходит 225 эВ.Наиболее перспективным способом определения массы нейтрино является анализ спектра электронного захвата в 163 Ho. Для точного определения массы нейтрино требуется знание разности масс нуклидов 163 Ho и 163 Dy, котороеможет быть обеспечено ионными ловушками.
Так как литературные данные оразности масс этих нуклидов, полученные косвенными методами,отличаются на300 эВ, это предопределяет насущную необходимость прямого измерения этойразности.3Описанные в данной работе первые прямые измерения масс холмия идиспрозия позволили скорректировать значение разности масс и открыли путьк последующим более точным измерениям, позволяющим получить значениемассы нейтрино с точностью до нескольких электрон Вольт и даже меньше.Целью данной работы является высокоточное измерение абсолютныхзначений как масс нуклидов, так и их разностей при помощи ловушек Пеннингадля задач нейтринной физики и квантовой электродинамики.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:1.
Проверить применимость новой методики фазового отображения для измерения масс нуклидов;2. Проверить возможность измерения масс 163 Ho и 163 Dy с использованиемполученных образцов при помощи ловушек Пеннинга;3. Измерить разность масс 163 Ho и163Dy с высокой точностью;4. Измерить с высокой точностью массу 48 Ca.Научная новизна:Впервые были напрямую измерены абсолютные массы 163 Ho и 163 Dy, атакже их разность масс с высокой точностью с использованием нового методафазового отображения. Была снята неопределенность и подтверждены недавниезначения, полученные при помощи микрокалориметров, что сняло вопрос о систематической ошибке в этих измерениях.В работе впервые был использован метод фазового отображения для прецизионных измерений масс этих нуклидов, а также нуклида 48 Ca.Практическая значимость диссертационной работы определяется тем,что была показана применимость нового метода фазового отображения длясверх-прецизионных измерений масс нуклидов, который может быть успешноиспользован на других установках в мире.Полученные характеристики метода фазового отображения в офф-лайнрежиме позволяют его с успехом использовать и в он-лайн экспериментах сионными ловушками, установленными на ускорителях и реакторах.
Одной изпривлекательных систем может служить ПИ-ТРАП, проект ионной ловушки нареакторе ПИК в ПИЯФ [4].Впервые напрямую измеренная разность масс 163 Ho и 163 Dy сняланеопределенность, имеющуюся в литературе, возникшую в результате предшествующих непрямых методов измерений, и открыла дорогу к новым сверхточным измерениям на перспективной установке PENTA-TRAP в Гейдельберге4(Германия), с планируемой точностью порядка одного эВ, позволяющей получить с такой же, или даже лучшей, точностью массу нейтрино.Достоверность изложенных в работе результатов обеспечивается тем,что часть измерений была продублирована на двух различных ионных ловушках.
Кроме того, метод фазового отображения был опробован на двух нуклидах,массы которых были хорошо и достоверно известны.Апробация работы. Результаты работы были доложены на международных конференциях и рабочих совещаниях:1. “PI-ICR technique for high-precision measurements of nuclide masses”, ECTIConference 2014, September, Mainz, Germany;2. “Penning Trap Mass Spectrometry for Neutrino Physics”, Istanbul Workshop2014, November, Istanbul, Turkey;3. “PI-ICR technique and PENTATRAP”, TCP-2014, December, Takamatsu, Japan;4.
“PI-ICR technique for high-precision measurements of nuclide masses”, Seminarat TRIGA-2014, December 8th, Mainz, Germany;5. “Метод фазового отображения для сверхточного определения масс нуклидов в ионных ловушках Пеннинга ”, II КМУС ПИЯФ, ноябрь 2015, Гатчина,Россия;6. “Penning trap mass spectrometry for neutrino physics”, EURORIB-15conference in Honenda, Germany, June 12, 2015.Результаты работы обсуждались на семинарах в ПИЯФ.Публикации.Основные результаты по теме диссертации были опубликованы в печатных изданиях – в журналах, рекомендованных ВАК.1.
F. Schneider, T. Beyer, K. Blaum, M. Block, S. Chenmarev, H. Dorrer,Ch. E. Düllmann, K. Eberhardt, M. Eibach, S. Eliseev, J. Grund, U. Koster,Sz. Nagy, Yu. N. Novikov, D. Renisch, A. Turler, and K. Wendt. “Preparatorystudies for a high-precision Penning-trap measurement of the 163 Ho electroncapture Q-value” // European Phys. J. 2015. Т.
51 С. 89.2. S. Eliseev, K. Blaum, M. Block, S. Chenmarev, H. Dorrer, Ch. E. Düllmann,C. Enss, P. E. Filianin, L. Gastaldo, M. Goncharov, U. Köster, F. Lautenschläger,Yu. N. Novikov, A. Rischka, R. X. Schüssler, L. Schweikhard and A. Türler.“Direct Measurement of the Mass Difference of 163 Ho and 163 Dy Solves the-Value Puzzle for the Neutrino Mass Determination” // Phys. Rev. Lett.
2015.Т. 115, С. 062501.53. F. Köhler, K. Blaum, M. Block, S. Chenmarev, S. Eliseev, D. A. Glazov,M. Goncharov, J. Hou, A. Kracke, D. Nesterenko, Yu. N. Novikov, W. Quint,V. M. Shabaev, S. Sturm, A. V. Volotka, G. Werth. “Isotope dependence ofthe Zeeman effect in lithium-like calcium” // Nature Communications. 2016.doi:10.1038/NCOMMS102464. D. A. Nesterenko, S. Eliseev, K. Blaum, M. Block, S. Chenmarev, A.
Dörr,C. Droese, P. E. Filianin, M. Goncharov, E. Minaya Ramirez, Yu. N. Novikov,L. Schweikhard, and V. V. Simon. “Direct determination of the atomic massdifference of 187 Re and 187 Os for neutrino physics and cosmochronology” //Phys. Rev. C. 2014. Т. 90, С. 42501.Основные научные результаты, выносимые на защиту:1. Развитие метода фазового отображения движения ионов в ловушке и проверка его работоспособности в измерениях разностей масс 129 Xe+ − 130 Xe+и 131 Xe+ − 132 Xe+ ;2. Измерение массы 48 Ca для определения изотопического сдвига g-фактораи проверки расчетов этого эффекта методами квантовой электродинамикиза пределами приближения Фарри;3.
Первое прямое измерение абсолютных масс 163 Ho и163Dy;4. Первое прямое измерение разности масс 163 Ho и 163 Dy для снятия неопределенности этого значения для последующего определения массы нейтрино.Личный вклад.1. Развитие методических разработок на установке TRIGA-TRAP, выразившееся в разработке технической документации для введения предварительнойвремяпролетной масс-сепарации ионов перед загрузкой в ловушку с помощью затвора Бредбери-Нильссона;2. Предложение и осуществление на практике методики оценки начальногомагнетронного движения ионов в ловушке без применения позиционночувствительного детектора, что сократило временные потери в эксперименте;3. Подготовка позиционно-чувствительного детектора к измерениям частотметодом фазового отображения на установке TRIGA-TRAP;4.
Экспериментальное опробование метода фазового отображения на установке SHIP-TRAP измерениями разностей масс 129 Xe – 130 Xe и 131 Xe – 132 Xe,подтверждение работы метода;65. Прямое высоко-прецизионное измерение массы нуклида 48 Ca, обработкарезультатов эксперимента, определение значения массы этого нуклида;6. Измерения масс нуклидов 163 Ho и 163 Dy времяпролетным методом на установке TRIGA-TRAP как тестовый вариант для последующего измеренияметодом фазового отображения на SHIP-TRAP;7.
Прямое высоко-прецизионное измерение масс нуклидов 163 Ho и 163 Dy, атакже их разности масс. Обработка результатов экспериментов и определение абсолютных значений масс и разностей масс этих нуклидов. Разрешение “загадки” разногласий, следующей из различных непрямых методовопределения значения разности масс.Содержание работыВо Введении обосновывается актуальность исследований, проводимых врамках данной диссертационной работы, формулируются цели, ставятся задачиработы, констатируется научная новизна, актуальность и практическая значимость представляемой работы.Первая глава посвящена описанию ионных ловушек, даны теоретические основы, на которых базируется “заточение” ионов в ловушке и их движениев ней. Описывается устройство ионных ловушек Поля и Пеннинга.Рис.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
