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BASE-Kollaboration berichtet über Heizraten

BASE-Kollaboration berichtet über Heizraten

Vergleich von (a) skaliertem elektrischem Feldrauschen (b) Heizrate und (c) Energieheizrateverschiedener Ionenfallenexperimente, welche über den Elektroden-Ionenabstand aufgetragen wurden.

Heute berichtet die BASE-Kooperation über die erste Messung der Zyklotron-Quantenheizraten in einer kryogenen Penningfalle. Das Team zeigt, dass das skalierte elektrische Feldrauschen in der Spinanalysefalle, einem wesentlichen Instrument bei der 1.5 p.p.b. Messung des antiprotonischen magneticshen Moments, viel geringer ist als bei anderen Ionenfallenversuchen. Sie entspricht einer Heizrate von weniger als 0.1 Quanten pro Stunde und einer radialen Energiestabilität auf dem peV/s- Niveau.

Die Zyklotron-Übergangsraten wurden mit Hilfe des kontinuierlichen Stern-Gerlach-Effekts gemessen, der die radialen Quantenzustände mit der axialen Bewegung eines gefangenen Antiprotons koppelt. Durch die Bewertung der axialen Frequenzstabilität und den Vergleich mit durch Rauschen induzierten Random Walks in der Zyklotronbewegung wurden insgesamt 6(1) Zyklotron-Quantenübergänge pro Stunde beobachtet, was zu einer Heizraterate unter 0,1 Quanten pro Stunde führt. Für das elektrische Feldrauschen in der Falle wird eine absolute spektrale Rauschdichte bei 10^(-20) V^2 m^(-2) Hz^(-1)-Pegel und eine skalierte Rauschdichte unter 10^(-11) V^2 m^(-2) erhalten. Im Vergleich zu Paul- und Raumtemperatur-Penningfallenexperimenten ist das skalierte Feldrauschen im kryogenen Penningfallenaufbau um mehr als zwei Größenordnungen kleiner.

Um die Ursache dieser elektrischen Feldschwankungen zu verstehen, wurden Heizratenmessungen auf verschiedenen Teilchenbahnen durchgeführt, die unterschiedlichen Positionen im einschließenden Potential entsprechen. Basierend auf diesen Messungen wurden verbleibende Fallenpotentialschwankungen als dominante Quelle des elektrischen Feldrauschens im Experiment identifiziert. Effekte des anomalen Heizens durch fluktuierende Patch-Potentiale wurden innerhalb der Messgenauigkeit nicht aufgelöst.

Autor: Johannes Mielke