Vergleichende Präzisionsspektroskopie von Antiwasserstoff und Wasserstoff am ATRAP-Experiment

• Antragsteller: Professor Dr. Walter Oelert; Professor Dr. Jochen Walz
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2006 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 23978964

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Für die genaue experimentelle Prüfung der grundlegenden Symmetrie zwischen Materie und Antimaterie (der CPT-Symmetrie) mit den Methoden der höchstauflösenden Laserspektroskopie ist die Erzeugung, die anschließende magnetische Speicherung und das Laserkühlen von Antiwasserstoff von entscheidender Bedeutung. Im Berichtszeitraum wurde in der ATRAP-Kollaboration eine neue Antiwasserstoff-Apparatur in Betrieb genommen. In der neuen Apparatur ist der Penning-Falle für die geladenen Teilchen eine magnetische Neutralatom-Falle überlagert. Es wurde gezeigt, dass in der kombinierten Penning-Ioffe-Falte die Speicherung von Antiprotonen und Positronen und auch die Erzeugung von Antiwasserstoff funktioniert. Dies stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zu Präzisions-Experimenten mit magnetisch gespeichertem Antiwasserstoff dar. Parallel dazu wurde eine kontinuierliche Laserlichtquelle für das künftige Laserkühlen von Antiwasserstoff bei Lyman-alpha (121,6 nm Wellenlänge) aufgebaut. Die neue Lyman-alpha Quelle basiert auf Festkörperlaser-Systemen bei 254 nm, 408 nm und 545 nm Wellenlänge und anschliessender Summenfrequenz-Mischung in Quecksilberdampf. Es ist derzeit die weltweit einzige kontinuierliche Laserlichtquelle mit derart kurzer Wellenlänge.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• A novel cooling scheme for antiprotons. New J. Phys., 8(45):1-9, 2006
  Alban Kellerbauer and Jochen Walz
  
• Experimente mit der „Antiwelt". Physik Journal. 5(3):37-43, 2006
  Dieter Grzonka, Walter Oelert, and Jochen Walz
  
• 4W continuous-wave narrow-linewidth tunable solid-state laser source at 546 nm by externally frequency doubling a ytterbium-doped single-mode fiber laser system. Optics Express, 15(22):14476-14481, 2007
  Frank Markert, Martin Scheid, Daniel Kolbe, and Jochen Walz
  
• 750 mW continuous-wave solid-state deep ultraviolet laser source at the 253.7 nm transition in mercury. Opt. Lett. 32(8):955-957, 2007
  Martin Scheid, Frank Markert, Jochen Walz, Jiayu Wang, Martin Kirchner, and Theodor W. Hänsch
  
• Antiproton Confinement in a Penning-loffe Trap for Antihydrogen, Phys. Rev. Lett, 98(11):113002-1-4, 2007
  G. Gabrielse, P. Larochelle, D. Le Sage, B. Levitt, W. S. Kolthammer, I. Kuljanishvili, R. McConnell, J. Wrubel, F. M. Esser, H. Glückler, D. Grzonka, G. Hansen, S. Martin, W. Oelert, J. Schillings, M. Schmitt, T. Sefzick, H. Soltner, Z. Zhang, D. Comeau, M. C. George, E. A. Hessels, C. H. Storry, M. Weel, A. Speck, F. Nillius, J. Walz, and T. W. Hänsch
  
• Density and geometry of single component plasmas. Phys. Lett B. 650(2-3):119-123, 2007
  A. Speck, G. Gabrielse, P. Larochelle, D. Le Sage, B. Levitt. W. S. Kolthammer, R. McConnell, J. Wrubel, D. Grzonka, W. Oelert, T. Sefzick, Z. Zhang, D. Corneau, M. C. George, E. A. Messels, C. M. Storry, M. Weel, and J. Walz
  
• Single-component plasma of photoelectrons. Phys. Lett B, 656(1-3):25-29, 2007
  B. Levitt, G. Gabrielse, P. Larochelle, D. Le Sage. W. S. Kolthammer, R. McConnell, J. Wrubel, A. Speck, D. Grzonka, W. Oelert, T. Sefzick, Z. Zhang, D. Corneau, M. C. George, E. A. Messels, C. M. Storry, M. Weel, and J. Walz
  
• Antihydrogen production within a Penning-loffe trap. Phys. Rev. Lett. 100(11):113001-1-4, 2008
  G. Gabrielse, P. Larochelle, D. Le Sage, B. Levitt, W. S. Kolthammer, R. McConnell, P. Richerme, J. Wrubel, A. Speck, M. C. George, D. Grzonka, W. Oelert, T. Sefzick, Z. Zhang, A. Carew, D. Corneau, E. A. Hessels, C. M. Storry, M. Weel, and J. Walz
  
• Cryogenic particle accumulation in ATRAP and the first antihydrogen production within a magnetic gradient trap for neutral antimatter. In Yasuyuki Kanai and Yasunori Yamazaki, editors. Cold Antimatter Plasmas and Applications to Fundamental Physics, pages 254-265, Melville, New York, 2008. AIP Conf. Proc. 1037
  C. M. Storry, A. Carew, D. Comeau, E. A. Hessels, M. Weel, M. C. George, D. Grzonka, W. Oelert, T. Sefzick, Z. Zhang. G. Gabrielse, P. Larochelle, D. Le Sage, B. Levitt, W. S. Kolthammer, R. McConnell, P. Richerme, J. Wrubel, A. Speck, F. Markert, F. Nillius, M. Scheid, and J. Walz
  
• Solid-state continuous Lyman-alpha source for laser-cooling of antihydrogen. In Yasuyuki Kanai and Yasunori Yamazaki, editors. Cold Antimatter Plasmas and Applications to Fundamental Physics, pages 266-269, Melville, New York, 2008. AIP Conf. Proc. 1037
  Jochen Walz, Thomas Beyer, Daniel Kolbe, Frank Markert, Andreas Müllers, and Martin Scheid
  
• Continuous-wave Lyman-alpha generation with solid-state lasers. Optics Express, 17 (2009) 11274-11280
  Martin Scheid, Daniel Kolbe, Frank Markert, Theodor W. Hänsch, and Jochen Walz