“Misure del tempo di coerenza dello spin per un fascio di

deuteroni polarizzati”

Greta Guidoboni

Università e INFN di Ferrara

XCVIII Congresso Nazionale

Napoli, 17-21 Settembre 2012

Società Italiana di Fisica

Perchè studiare il Momento di Dipolo Elettrico

Andrei Sakharov (1967):

● Modello Standard (SM) violazione CP non sufficiente

● Modelli oltre il SM prevedono grande violazione CP

“CP-ViolationCP-Violation is one of the 3 conditions to enable a universe containing initially equally amount of matter and antimatter to evolve into a matter- dominated universematter- dominated universe, which we see today...”

Cosa ha generato l'ASIMMETRIA BARIONICA ?

Impronta lasciata da questi meccanismi è

Momento di Dipolo Elettrico Permanente● Spostamento dei centri di carica positiva e

negativa all'interno della particella

● Giace lungo l'asse di spin

● Viola entrambe le simmetrie P e T = violazione di CPViolazione di CP

J.M. Pendlebury and E.A. Hinds

NIM A 440 (2000) 471

Esperimentifuturi

EDM è sensibile a NUOVA FISICA

Nessun EDM è ancora stato misurato

neutrone

elettrone

p,d10-29 e cm

Limiti attuali

Campo B verticale sdr laboratorio

Campo E radialesdr particella

FROZEN SPIN Technique

d s⃗dt

= d⃗× E⃗ Seganale EDM = precessione spin nel piano verticale

Fascio polarizzato orizzontalmente

Spin allineati alla velocità

Come misurare l'EDM di particelle cariche

Particella con momento magnetico anomalo in un anello

Spin tune numero di precessioni spin per giro

Iniezione: Tutti gli spin allineati

Dopo alcuni giri:

Particelle hanno velocità diversevelocità diverse

Spin sfasati nel piano orizzontale

Perdita polarizzazione orizzontale!Perdita polarizzazione orizzontale!

Vita media polar. Orizzontale

=Tempo di

osservazione =

Tempo di coerenza dello spin

s⃗

νs=G γ

1) Spin tune

Problemi tecnici: asse verticale = direzione stabile dello spin

2) Tempo di coerenza dello spin

Gamma relativistivoMomento magnetico

anomalo anello

s⃗

y

y y

109 giri necessari per misurare

Precessione minima misurabile

θEDM=2dEℏ

t=5(10−9 rads )t

1giro≈10−6 s

θEDM≈( 10−15radturn )

d≈10−29 e⋅cm E=17 MV /m

θEDM

θ≈10−6 rad

Assumendo e

Tempo di coerenza dello spin t > 1000 s

precisione 1 anno di acquisizione dati10−29 e⋅cm

Test di attuabilità

Esempio: misura EDM deuterone

Studi di tempo di coerenza dello spin

tempo di coerenza dello spin >1000s SCOPO: misura EDM deuteroneEDM deuterone

precisione 10-29 e cm

● Anello di accumulazione: COSY (COoler SYnchrotron)

@ Forschungszentrum J@ Forschungszentrum Jüülich (Germania)lich (Germania)

● Polarimetro: EDDA● Estrazione continua del fascio● Asimmetrie L/R p

v e U/D p

o

Studi di tempo di coerenza dello spin

1) Come misurare τSC

Polarizzazione nel piano orizzontale (anello) in funzione del tempo

2) Incidenza emittanza (dimensione trasversale del fascio) su τSC

3) Correzioni per aumentare τSC

Campi di sestupolo

● Fascio di deuteroni

● Polarizzati nel piano orizzontale (anello)

● Momento p = 0.97 GeV/c

Beam time di Maggio 2012

τSC

Effetti di EMITTANZA

“Oscillazioni di betatrone” = oscillazioni nel piano verticale e orizzontale

Percorso più lungo, maggior velocità

Spin tune spread

τSC

= tempo richiesto alla polarizzazione

orizzontale per raggiungere 2/3 del valore iniziale

Misure di τSC

per diversi profili orizzontali

Tipica larghezza orizzontale > 4mmCooling on

Problemi di accettanzaPrevisione:

1τSC

≈ A⋅σ x2+B⋅σ y

2

σ = FWHM, profilo del fascio è gaussiano

y

Fascio raffreddato

● Più lungo τSC

= (318±40)s

● Debole dip. da campo di sestupolo

Correzioni con sestupoli

Campodi sestupolo∝r 2 Correzione orbita della particella

Riduzione spin tune spread

Misure di τSC

for diverse intensità di campo di sestupolo

Percentuale della corrente di uscita del sestupolo

Previsione:

Zero crossing: MXS=28%

1τSC

=(A+ a1 J )σ x2

Campo di sestupolo posizionato dove

σ

x è grande

Diversi profili orizzontali σx

● Diverse pendenze

● Stesso zero crossing

Campo di sestupolo può essere utilizzato per

aumentare τSC

fino a 1000 s

Spin coherence time collaboration

Z. Bagdasarian1, P. Benati2, S. Bertelli2, D. Chiladze1,3, J. Dietrich3, S. Dimov3,4, D. Eversmann5, G. Fanourakis6, M. Gaisser3, R. Gabel3, B. Gou3, G. Guidoboni2, V. Hejny3, A. Kacharava3,

V. Kamerdzhiev3, P. Kulessa7, A. Lehrach3, P. Lenisa2, Be. Lorentz3, L. Magallanes8, R. Maier3, D. Michedlishvili1,3, W. M. Morse9, D. Öllers2,3, A. Pesce2, A. Polyanskiy3,10, D. Prasun3, J. Pretz5,

F. Rathmnann3, Y. K. Semertzidis9, V. Schmakova3,4, E. J. Stephenson11, H. Stockhorst3, H. Ströher3, R. Talman12, Yu. Valdau3,13, Ch. Weideman2,3, P. Wüstner14.

11Tbilisi State University, Tbilisi State University, GeorgiaGeorgia22University and/or INFN of Ferrara, University and/or INFN of Ferrara, ItalyItaly

33IKP Forschungszentrum JIKP Forschungszentrum Jüülich, lich, GermanyGermany44JINR, Dubna, JINR, Dubna, RussiaRussia

55III. Physikalisches Institut RWTH Aachen, III. Physikalisches Institut RWTH Aachen, GermanyGermany66Institute of Nuclear Physics NCSR Democritos, Athens, Institute of Nuclear Physics NCSR Democritos, Athens, Greece Greece

77Jagiellonian University, Krakow, Jagiellonian University, Krakow, PolandPoland88Bonn University, Bonn University, GermanyGermany

99Brookhaven National Laboratory, New York,Brookhaven National Laboratory, New York, USA USA 1010Institute of Theoretical and Experimental Physics, Moscow,Institute of Theoretical and Experimental Physics, Moscow, Russia Russia

1111Center for Exploration of Energy and Matter, Indiana University, Bloomington, Center for Exploration of Energy and Matter, Indiana University, Bloomington, USAUSA1212Cornell University, New York, Cornell University, New York, USAUSA

1313Petersburg Nuclear Physics Institute, Gatchina, Petersburg Nuclear Physics Institute, Gatchina, RussiaRussia1414ZEL Forschungszentrum JZEL Forschungszentrum Jüülich, lich, GermanyGermany