Décélération d'antiprotons venant du synchrotron ELENA au CERN et transport d'un faisceau d'antimatière à travers l'expérience GBAR

Deceleration of antiprotons from CERN’s ELENA synchrotron and transport of antimatter beams through the GBAR experiment

• Auteur / Autrice : Audric Husson
• Direction : David Lunney
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique des accélérateurs
• Date : Soutenance en 2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de sciences nucléaires et de sciences de la matière (Orsay, Essonne ; 1998-2019)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Amel Korichi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Lunney, Patrick Nedelec, Christian Carli
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrick Nedelec, Christian Carli

Mots clés

Mots clés libres

Antihydrogène

Principe d'équivalence faible

Décélérateur

Antimatière

Optique ionique

Aiguilleur d'ions

Antihydrogen

Weak equivalence principle

Decelerator

Antimatter

Ion Optics

Ion switchyard

Résumé

L'expérience GBAR vise à réaliser la première chute libre d'atomes d'antihydrogène afin de tester le principe d'équivalence faible avec l'antimatière. Dans un premier temps, des ions antihydrogène sont synthétisés à travers une double réaction d'échange de charge puis refroidis par laser pour atteindre des énergies suffisamment faibles pour observer les effets de la gravité. Nous rapportons dans ce manuscript un nouvel appareil électrostatique permettant de décélérer des paquets d'antiprotons de 100 keV à quelques keV. Cette nouvelle technique vise à éviter les pertes engendrées par l'utilisation de feuilles de retardement. Nous y étudions également le guidage des ions à travers l'expérience GBAR, incluant la séparation des espèces d'ions, le transport vers la chambre de chute libre finale et les futurs développements pour recycler les faisceaux d'antiprotons.

The GBAR experiment aims at performing the first free-fall experiment with antihydrogen atoms in order to test the weak equivalence principle with antimatter. Antihydrogen ions are synthesized through a double charge exchange reaction and laser cooled to energies small enough to see gravitational effects. Anti-ion synthesis requires a large number of antiprotons, hence high efficiency. We report here the design of an new electrostatic deceleration device providing low energy antiprotons of a few keV. This technique will avoid losses inherent to the use of a degrader foil. We also study the ion guidance through the GBAR experiment including ion species separation, transport to the final free-fall chamber and future development for recycling beam.