Диссертация (1149639), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Всего было получено 34 пятичасовых блока.Между блоками производился контроль подавления начального движения, при необходимости корректировались настройки генераторов подавления и проверялось положениецентра изображения.Для уменьшения возможной ошибки, положение пятен изображения перед началомкаждого блока приводились к одному и тому же угловому положения с точностью до 12 градусов. Это позволяло компенсировать возможные неточности установки детектораотносительно оси секции дрейфа.В каждом пятичасовом блоке сначала были рассчитаны истинные циклотронные частоты по формуле (4.13).
Зависимость полученной частоты для каждого нуклида от временисередины периода измерения на примере одного из блоков показана на рисунке 5.13.Значения частот для 163 Ho и 163 Dy 163 Ho и 163 Dy в зависимости от времени были аппроксимированы полиномами 163 Ho () и 163 Dy (), причем, полиномы также выражались,как163 Dy () = 5 ℎ · 163 Ho (),где 5 ℎ значение отношения частот для соответствующего пятичасового блока.Рисунок 5.14: Значения отношений истинных циклотронных частот для 163 Ho и 163 Dy,полученные при обработки данных в 34-х пятичасовых блоках и их среднее значение.Затем значения отношений частот 5 ℎ , полученные в каждом из 34-х пятичасовыхблоках измерений , были усреднены (см. рисунок 5.14).
Разница между внешней и внутренней погрешностью составила не более 10 %.В результате среднее взвешенное значение отношения частот получилось равным = 1.000 000 018 67 (20. ) (10. ).119Полученное значение разности масс 163 Ho и 163 Dy получилось равнымΔ = 2 833 (30. ) (15. ) эВ/2 .Полученный результат разности масс для холмия и диспрозия, с одной стороны,отличается на уровне восьми сигма от предыдущего принятого значения, равного2,555 эВ [9], но, с другой стороны, хорошо совпадает со значениями Q-величины, полученными при последних микрокалориметрическими измерениями: = 2800 (50) эВ [12] и = 2800 (80) эВ [13].Таким образом, произведенные на установке SHIP-TRAP прямые измерения при помощи новой методики фазового отображения позволили снять существовавшее разногласие взначениях.
разности масс 163 Ho и 163 Dy, полученных до настоящего времени только непрямыми методами.120ЗаключениеИонные ловушки Пеннинга занимают видное место в исследованиях различных проблем фундаментальной физики. Их явным преимуществом, по сравнению с другимиметодами, является беспрецедентная чувствительность (на уровне единичного иона) иультравысокое разрешение (на уровне 10−10 и лучше) при использовании их в массспектрометрии.
В последнее время ведутся работы по улучшению и этого параметраразрешающей способности. Развитие методики, нацеленной на ультра-прецизионные измерения масс элементарных частиц и нуклидов. представляет особый интерес.Одним из таких новых методов можно считать предложение измерения циклотроннойчастоты обращения иона в ловушке (то есть его массы) методом фазового отображенияэтого движения в детекторе, находящемся за пределами ловушки.
Предложенный совсемнедавно, этот метод требовал экспериментального подтверждения и однозначной иллюстрации.Результатом данной работы явилась проверка нового метода фазового отображения.Была доказана его применимость и улучшение точности измерений при той же общейдлительности эксперимента в несколько десятков раз.Такой существенный прогресс в прецизионности, доказанный в настоящей работе измерениями пробных нуклидов 129 Xe и 130 Xe с хорошо известными массами, позволил выйтина новый пласт физических задач, связанных с квантовой электродинамикой и нейтриннойфизикой. С этой целью были измерены массы и разности масс нуклидов 48 Ca, 163 Ho и163Dy.Полученная методом фазового отображения точность измерения массы 48 Ca 3 × 10−10позволила провести сравнение экспериментальных и теоретических значений изотопсдвигов g-факторов в изотопах 40 Ca и 48 Ca и показать возможность применимости методовквантовой электродинамики за пределами стандартной картины Фарри.Прямое измерение масс нуклидов 163 Ho и 163 Dy также методом фазового отображенияпозволило разрешить загадку существенных разногласий в значениях разностей масс этихнуклидов.
Более того, подтверждение правильности микрокалориметрических измеренийэтой разности открывает путь измерений массы нейтрино, так как в значительной мереснимает вопрос о наличии систематической ошибки в методе микрокалориметрии.Измерения масс и разностей масс проводились диссертантом разными методами надвух ловушках TRIGA-TRAP и SHIP-TRAP. Данные, полученные на этих ловушках, быливзаимо-дополняемыми.Новизна работы определяется тем, что впервые на практике был опробован новыйметод фазового отображения, с помощью которого были прецизионно измерены массынуклидов. Массы 48 Ca, 163 Ho и 163 Dy измерены впервые прямым способом.Актуальность исследования, представленного в диссертации, определяется тем, чтопрецизионность полученного результата для 48 Ca открывает путь исследований эффектовквантовой электродинамики за пределами стандартной картины Фарри.Здесь также открывается дорога к перспективным измерениям разности масс 163 Ho и163Dy при помощи установки PENTA-TRAP в Гейдельберге (Германия), с планируемой121точностью порядка одного эВ, “расчищает” путь для возможности использования методакриогенной микрокалориметрии в измерении массы нейтрино.При этом впервые был использован метод фазового отображения при прецизионныхизмерениях масс при помощи ловушек Пеннинга.
Впервые были напрямую получены значения масс 163 Ho и 163 Dy и их разность, а так же была уточнена масса 48 Ca.На защиту выносятся следующие положения:1. Развитие методических разработок на установке TRIGA-TRAP, выразившееся в разработке технической документации для введения предварительной времяпролетноймасс-сепарации ионов перед загрузкой в ловушку с помощью затвора БредбериНильссона;2. Предложение и осуществление на практике методики оценки начального магнетронного движения ионов в ловушке без применения позиционно-чувствительного детектора, что сократило временные потери в эксперименте;3. Подготовка позиционно-чувствительного детектора к измерениям частот методом фазового отображения на установке TRIGA-TRAP;4.
Экспериментальное опробование метода фазового отображения на установке SHIPTRAP измерениями разностей масс 129 Xe – 130 Xe и 131 Xe – 132 Xe, подтверждениеработы метода;5. Прямое высоко-прецизионное измерение массы нуклида 48 Ca, обработка результатовэксперимента, определение значения массы этого нуклида;6. Измерения масс нуклидов 163 Ho и 163 Dy времяпролетным методом на установкеTRIGA-TRAP как тестовый вариант для последующего измерения методом фазовогоотображения на SHIP-TRAP;7. Прямое высоко-прецизионное измерение масс нуклидов 163 Ho и 163 Dy, а также ихразности масс.
Обработка результатов экспериментов и определение абсолютных значений масс и разностей масс этих нуклидов. Разрешение “загадки” разногласий, следующей из различных непрямых методов определения значения разности масс.Результаты работы были доложены на международных конференциях и рабочих совещаниях1.
“PI-ICR technique for high-precision measurements of nuclide masses”, ECTI Conference2014, September, Mainz, Germany2. “Penning Trap Mass Spectrometry for Neutrino Physics”, Istanbul Workshop 2014,November, Istanbul, Turkey е3. “PI-ICR technique and PENTATRAP”, TCP 2014, December, Takamatsu, Japan4. “PI-ICR technique for high-precision measurements of nuclide masses “, Seminar atTRIGA 2014, December 8th, Mainz, Germany5.
“Penning trap mass spectrometry for neutrino physics” , EURORIB-15 conference inHonenda, Germany, June 12, 2015.Результаты работы обсуждались на семинаре в ПИЯФ.Основные результаты по теме диссертации были опубликованы в печатных изданиях [19], [10] и [11] в журналах, рекомендованных ВАК.122В заключение хочу выразить особую благодарность моему научному руководителю –профессору Юрию Николаевичу Новикову за неоценимую помощь в работе и координациюнаучной деятельности.Коллектив кафедры Ядерно-физических Методов Исследований благодарю за отличноеобучение.Выражаю признательность профессору Клаусу Блауму и профессору Михаэлю Блоку запредоставление возможности стажировки в университете Майнца и в центре по фихзикетяжелых ионов в Дармштадте.Хочу выразить особую благодарность Сергею Елисееву и Сциларду Наги за полезныесоветы и дискуссии.Дмитрий Нестеренко, Павел Филянин, Энрике Минайа-Рамирес, Деннис Рениш и Фабиан Шнайдер оказали помощь в измерениях, за что автор им признателен.Выражаю благодарность также Юрию Ивановичу Гусеву за дискуссии и помощь.123Литература1.
K. Blaum, Yu. Novikov, Werth G. “Penning traps as a versatile tool for precise experimentsin fundamental physics” // Contemporary physics. 2010. Т. 51. С. 149–175.2. 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,Simon V. V. “Direct determination of the atomic mass difference of 187 Re and 187 Os forneutrino physics and cosmochronology” // Phys. Rev. C. 2014. Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
