Trapping antimatter and matter with a levitated dipole / Antimaterie und Materie einfangen

Imagine trapping antimatter and matter together in a controlled environment. Scientists of the APEX collaboration at IPP have turned this once-fictional concept into reality with their groundbreaking experiment.
This achievement is the result of work by PhD student Alexander Card (TUM, IPP), in collaboration with IPP (working group leader: Dr. Eve Stenson), THEVA (superconducting tape manufacturer in Ismaning), and Prof. Matthew Stoneking from Lawrence University. The experiment, known as the levitated dipole trap (APEX-LD), is engineered to specifically trap pair plasmas of matter and antimatter.
At the heart of their innovation is a high-temperature superconducting magnetic ring, capable of levitating freely in a vacuum. This unique setup allows the capture of charged particles-both positive and negative. Electrons and positrons (the anti-particles of electrons) introduced into the vacuum chamber are constrained by the Lorentz force to follow circular and helical paths around the magnetic field lines that encircle the floating superconducting ring. Because the two species' electrical charges are opposite, they also drift in opposite directions around the ring - i.e. either clockwise or counterclockwise (when viewed from above).
The plasma in the vacuum vessel will have a relatively low density, so that the antiparticles can only meet and annihilate each other comparatively rarely. Nevertheless, the collaboration expects about 100 million such annihilations per second in the experiment. Members of the team at IPP have been developing diagnostics to gain insights into the plasma properties by analysing the gamma radiation released.
Unlike conventional plasmas with asymmetric mass distributions, the APEX Collaboration focuses on studying ideal plasmas with symmetrical mass distribution. While antimatter is less abundant in our universe than matter, plasmas containing both types of particles exist in astrophysical environments. The APEX Collaboration's work sheds light on the possibility of maintaining and controlling matter-antimatter plasmas in the laboratory, a concept often associated with science fiction.
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Diese Apparatur kann Antimaterie und Materie gleichzeitig einfangen. Was nach Science Fiction klingt, verwirklichten jetzt Wissenschaftler am IPP in Garching.
Doktorand Alexander Card (TUM, IPP) baute das Experiment zusammen mit dem IPP-Team um Dr. Eve Stenson, THEVA (Hersteller supraleitender Bandleiter in Ismaning) und Prof. Matthew Stoneking von der Lawrence University in den USA.
Das Herzstück ihrer Innovation ist ein hochtemperatursupraleitender Magnetring, der in der Lage ist, im Vakuum frei zu schweben. Dieser einzigartige Aufbau ermöglicht das Einfangen geladener Teilchen - sowohl positiver als auch negativer. Die in die Vakuumkammer eingebrachten Elektronen und Positronen (die Antiteilchen von Elektronen) werden durch die Lorentz-Kraft gezwungen, kreisförmige und schraubenförmige Bahnen um die Magnetfeldlinien zu verfolgen, die den schwebenden supraleitenden Ring umgeben. Da die elektrischen Ladungen der beiden Teilchenarten entgegengesetzt sind, driften sie auch in entgegengesetzte Richtungen um den Ring, d. h. entweder im oder gegen den Uhrzeigersinn (von oben betrachtet).
Das Plasma im Vakuumgefäß wird eine relativ geringe Dichte haben, damit die Antiteilchen sich nur vergleichsweise selten begegnen und auslöschen können. Dennoch rechnet die APEX-Kollaboration mit etwa 100 Millionen solcher Annihilationen pro Sekunde im Experiment. Mitglieder des IPP-Teams haben Diagnosemethoden entwickelt, um durch die Analyse der freigesetzten Gammastrahlung Erkenntnisse über die Eigenschaften des Plasmas zu gewinnen.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Plasmen mit asymmetrischer Massenverteilung konzentriert sich die APEX-Kollaboration auf die Untersuchung idealer Plasmen mit symmetrischer Massenverteilung. Obwohl Antimaterie in unserem Universum weniger häufig vorkommt als Materie, gibt es in astrophysikalischen Umgebungen Plasmen, die beide Arten von Teilchen enthalten. Die Arbeit der APEX-Kollaboration ermöglicht es, Materie-Antimaterie-Plasmen im Labor aufrechtzuerhalten und zu kontrollieren - ein Konzept, das oft mit Science-Fiction assoziiert wird.

[@tonylamonte]

Coooooooool

[@DanFrederiksen]

how is it superconducting?

[@plasmaphysik]

The ring consists of high-temperature superconducting windings - there are 132 of them. Induction causes a current to flow loss-free in the ring (which has also been cooled to minus 250 degrees Celsius), and this in turn generates a magnetic field in dipole form.
read the whole story here: www.ipp.mpg.de/5379974/Levitated_Dipole_apex

[@DanFrederiksen]

@@plasmaphysik YBCO tape. So the brass is just a case

[@DanFrederiksen]

@@plasmaphysik try spinning the ring. see if that causes interesting effects.

[@plasmaphysik]

@@DanFrederiksen The coil pack is made of non-insulated GdBCO HTS tape (from THEVA GmbH), and the case is made of gold-plated copper.

[@plasmaphysik]

@@DanFrederiksen The coil's center of mass differs from its magnetic axis - this produces a pendulum effect in its rotation, which then slowly damps to zero.