AEgIS実験

AEgIS（反物質実験：重力、干渉法、分光法）AD-6は、 CERNの反陽子減速装置施設での実験です。その主な目的は、地球の重力場が反水素原子に与える影響をかなりの精度で直接測定することです。^[1] たとえば自由落下の普遍性、弱等価原理、または反物質の場合のCPT対称性の妥当性を仮定する間接的な境界は、異常な重力挙動を、精密測定のみが答えを提供できるレベルに制限します。逆に、十分な精度の反物質実験は、これらの基本的な仮定を検証するために不可欠です。 AEgISは2007年に提案されました。^[2]主な装置の建設は2012年に完了しました。2014年以来、波長調整可能（数ピコメートルの精度）で、特定の原子励起のためにナノ秒に同期された2つのレーザーシステムが稼働を開始しました。^[3]

AEgISは、反水素ビームに対する重力の影響をテストすることで、重力が通常の物質に及ぼすのと同じように反物質に影響を及ぼすかどうかを判定しようとします。計画されている実験装置では、モアレ 偏向計を使用して、地球の重力場を移動する冷たい反水素原子のビームの垂直方向の変位を測定します。^[4]

実験の第一段階（2018年まで実行）では、反陽子減速器（AD）からの運動エネルギー5.3MeVの反陽子が、いわゆるデグレーダーとして機能する一連のアルミホイルを通過し、高速反陽子の一部を数keVまで減速する必要がありました。その後、低速反陽子は、余分な冷たいトラップ電子と融合させることでさらに冷却され（電子冷却）、最終的にマルムバーグ・ペニングトラップ内にトラップされました。^[5]強力な放射性β ⁺源（^22Na）を使用して陽電子を生成し、低圧（3e-8mbar）でスルコ型ストレージトラップに蓄積しました。これらの陽電子は、超高真空（UHV）の極低温でも効率的にポジトロニウム（Ps）を形成するために、ナノ構造の多孔質シリコンターゲットに注入されました。^[6] ターゲットから出てきた陽電子の雲は、レーザー誘起二段階光学遷移を利用して、n=16/17のリュードベリ準位に励起された。 ^[3]マルムベルグ・ペニングトラップ内では、冷たい反陽子とリュードベリ-Psの間で電荷交換反応が起こり、 4πパルスの形で高効率でリュードベリ反水素が形成された。^{[7] [8]}

${\displaystyle \mathrm {Ps^{*}+{\bar {p}}\longrightarrow {\bar {H^{*}}}+e^{-}} }$（電荷交換反応）

以下の段落は古くなっています。9年前の2014年に書かれたようです。2023年10月27日発行のNature誌で、ALPHA実験により反水素が落下するという結果が発表されました。^[9]

AEGIS実験の第2フェーズでは、AEgISが新しい反陽子減速・貯蔵リングELENAに正常に接続された後の2021年から、リュードベリ反水素原子がビームに導かれ、モアレ偏向計の中心部品である一連の物質格子を通過する。反水素原子は最終的に位置・時間分解検出器の表面に衝突し、そこで消滅する。格子の後ろの領域は影になっているが、スリットの後ろの領域は影になっていない。消滅場所は、明るい領域と影になっている領域の周期的なパターンを再現する。このパターンは、反原子が水平飛行中に垂直方向にわずかに変位した場合に非常に敏感であり、地球の重力が反水素に及ぼす影響を測定できる。^[4]

AEgIS コラボレーションは次の機関で構成されています。

1. 反陽子減速器
2. GBAR実験
3. ALPHA実験

^{[1] [2] [5] [4] [3] [8] [6] [7] [10]}

• INSPIRE-HEPにおけるAEgIS実験の記録
• AEgIS公式ホームページ