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加速器验证反物质物理(AVA)项目

Adélaïde Grimaud @ Cosylab

AVA项目侧重于研究,但也强调对研究员的拓展和培训。由于合作伙伴来自从事粒子加速器研究的行业、大学和研究中心,因此AVA项目的指导者拥有广泛的专业知识。

什么是反物质?

解答:反物质与暗物质无关!

图1:粒子和反粒子

反粒子是具有近乎相同性质的粒子的镜像,但具有相反的电荷和不同量子数,例如,正电子是“反电子”。当粒子及其反粒子相遇时,它们会湮灭成巨大能量。

保罗·狄拉克(Paul Dirac)在1928年首次描述了反粒子的存在,当时他描述道,电子以接近光速的速度运动。4年后观察到第一颗反粒子(正电子),而到1955年才得到第一颗反质子。后来,我们发现,实际上在雷雨或放射性衰变等高能自然事件中,普遍产生反粒子。

你可能已经注意到;我们生活在一个物质世界中。但是,我们知道在大爆炸期间,产生了等量的物质和反物质。不知何故,十亿分之一的反物质“幸存”了下来,我们至今仍不明其缘由——没有迹象表明存在遥远的“反宇宙”!

显然,我们正错过些什么……

反物质研究的现状

图2:研究领域前景光明

研究人员正在通过测量和比较反粒子的性质及其等效物质来解决反物质问题。

由于AD(反质子减速器)设施和ELENA(超低能反质子)项目,CERN成为研究界的中心,并将获得GSI的FLAIR(低能反质子和重离子研究设施)支持。

ELENA设法将反粒子冷却至100 keV,并为不同的实验供料。目前研究重点在重力对反物质(GBAR和AEGIS)、反氢(ALPHA和ATRAP)、基本对称性(ASACUSA)和磁矩(BASE)的影响。

当前,在AD中制造、捕获和存储反质子的技术效率很低,超过99%的反粒子丢失了,因此技术还有改进的空间,这也就是AVA项目存在的意义。

什么是AVA

AVA项目侧重于研究,但也强调对研究员的拓展和培训。由于合作伙伴来自从事粒子加速器研究的行业、大学和研究中心,因此AVA项目的指导者拥有广泛的专业知识。

AVA项目小组由15名研究员组成,围绕三项工作任务进行组织,以解决当前反物质研究的局限:

  • 设计和优化,重点是改善加速器的关键部分,例如电子枪或控制系统
  • 束流诊断,重点放在检测器上,测量束流的轮廓、位置和强度
  • 反物质实验,设计实验或改进现有实验以测量反粒子的性质。

图3:AVA研究员,以及在GSI第二届AVA研讨会上的受邀演讲者

AVA研究员的生活

作为Cosylab的研究员,我参与了第一项任务,主要是要与其他研究员合作,将其项目集成到控制系统中。在先前没有与该特定主题相关知识的情况下,我通过完成EPICS内部培训开始学习控制系统技术。在Cosylab导师的指导下,我参与了各种项目,从使用PLC和EPICS设计和开发人员保护系统的演示台,到改进FPGA板的应用程序接口,在此过程中,我积累了专业知识。

此外,AVA项目非常重视科学宣传,以提高公众意识。我与Institut Image合作,开发了一个原型应用程序,用于探索虚拟现实中的粒子加速器。2017年,就是在那里,我获得了虚拟现实硕士学位。

研究员们目前正在为第二届AVA学校和研讨会做准备,该研讨会于2019年6月在利物浦举行的,届时将通过演示和图片方式解释我们的工作。

即使AVA研究员们遍布欧洲各地,我们也极力鼓励合作。每三个月,我们会召开一次研讨会和培训学校会议,并邀请研究人员和行业人士分享和讨论他们的工作。Cosylab将在2019年10月举办第三届AVA人机交互研讨会。

关于作者

AdélaïdeGrimaud于2018年9月加入Cosylab,致力于为AVA项目开发多功能控制系统。她于2017年在法国国立高等工程技术学校(Arts etMétiers)获得了机械工程和数字工程——交互式3D技术双硕士学位。在美国波士顿的布莱根妇女医院,她完成了硕士学位论文——关于虚拟现实的探索研究和注释数据,此后,她继续在实验室工作,致力于医学研究网络平台SPINE的开发。

 

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