¿Qué sabemos del francio? Luis A. Orozco Joint Quantum Institute, Department of Physics, University of Maryland y National Institute of Standards and Technology TaDEM 2012, Mayo 2012, UNAM Con apoyo de la Optical Society of America Colaboración FrPNC Experimentos aprovados en TRIUMF S1010, S1065, S1218 Seth Aubin; College of William and Mary, USA. John A. Behr, K. Peter Jackson, Matt R. Pearson, Michael Tandecki; TRIUMF, Canada. Victor V. Flambaum; University of New South Wales, Australia. Eduardo Gómez; Universidad Autónoma de San Luis Potosí, México. Gerald Gwinner SPOEKESPERSON Robert Collister, Andrew Senchuk; University of Manitoba, Canada. Dan Melconian; Texas A&M, USA. Luis A. Orozco, Jiehang Zhang; University of Maryland, USA. Gene D. Sprouse; SUNY Stony Brook, USA. Yanting Zhao; Shanxi University, Taijuan, China. Trabajo apoyado por NSERC de Canada, DOE, y NSF de EEUU. Estudiantes de doctorado en este proyecto en Stony Brook Josh Grossman (2001) Gerald Gwinner (1995) y Jesse Simsarian(1998) Eduardo Gómez (2005) y Seth Aubin (2003) University of Maryland: Adrián Pérez (2009), Dong Sheng (2011) Jiehang Zhang (201?) Marguerite Perey la descubridora del Francium Instituto Curie, Paris Fr Z=87; A=208-212 Radioactivo (223Fr,212Fr: τ1/2≈20 min; 210Fr: τ1/2≈ 3 min) Solo existe menos de un microgramo en toda la tierra, hay que hacerlo. Lo queremos utilizar para estudiar la fuerza débil Como hacíamos Fr en Stony Brook ? Fr Carta de los Nucleos 210 producto 18O projectil 197Au blanco Z O N + Au Fr 215 neutrón s Breve Historia del Francio en Stony Brook 1991-94: Construcción de la producción y la trampa magneto óptica. 1995: Producción y atrapamiento del Francio in en una MOT. 1996-2000: Espectroscopía láser del Francio (8S1/2, 7P1/2,7D5/2,7D3/2, anomalía hiperfina). 2,000 átomos Fr MOT 2000-2002: Trampa de alta eficiencia. 2003: Epectroscopía de los niveles 9S1/2, 8P1/2, 8P3/2 , 2004: Vida media del nivel 8S. 2007:Momento magnético del 210Fr basado en el nivel 9S1/2. 250,000 átomos Fr MOT Resultadod de la segunda generación Atrapamos 350,000 átomos de 210Fr. con una eficiencia global del 1 % Estudios epectroscópicos del Fr Localización de niveles de energía Vida media de estados excitados (elementos de la matriz de trancisión) Separación hiperfina (funciones de onda en el nucleo) Comparación cuantitativa con cálculos ab initio. Vida media del estado 8s 8s decaimiento Vida media = 53.30 ± 0.44 ns Comparación con la teoría a) Safronova et.al. b) Dzuba et.al. c) Johnson et.al. d) Dzuba et.al. e) Marinescu et.al. f) Theodosiou et.al. g) Biemont et.al. h) Van Wijngaarden et.al. Distribución de los neutrones Cálculos de Alex Brown de las funciones de onda de la estructura nuclear en Fr, La función de onda del electrón es de Mariana Safronova Anomalía hiperfina a: nucleo puntual b: <rc>=<rm> c: shell model Espectroscopía del estado 9S Separación hiperfina del niverl 9S level: 4044.7 (2.3)MHz, A= 622.25(36) MHz El momento magnético del 210Fr basado en una constante hiperfina calculada por Marianna Safronova: 4.38(5) µN. La naturaleza no tiene simetría de paridad. 1950 Purcell y Ramsey dicen que debe ser verificada. 1956 T. D. Lee y C. N Yang apuntan hacia la interacción débil. 1957 Tres experimentos muestran que la interacción débil viola paridad: Wu, Lederman y Telegdi dirigen los tres grupos. El experimento Columbia-NBS Wu, Amber, Hayward, Hoppes y Hudson estudio el decaimiento b del cobalto. Por qué es importante la fuerza débil: Inicia el ciclo solar: Es la responsable del convertir a un protón en un neutrón y así permitir la formación de Helio. Determina el decaimiento beta en los núcleos radioactivos. Los neutrinos sienten la fuerza débil y la gravedad. La fuerza débil estaba unida a la electromagnética hasta que el universo comenzó a enfriarse. Decaimiento β 60Co Wu, Ambler, Hayward, Hoppes, and Hudson; Columbia, National Bureau of Standards (now NIST). Buscar una correlación (pseudoscalar) entre: Spin nuclear σ y el momento del electrón p σ⋅p € Violación de paridad en física atómica Potencial de Coulomb, interacción spin-orbit, etc. H atomic = H 0 + H PV Término de violación de paridad. (1958 Zel’dovich) El nuevo Hamiltoniano induce una perturbación en los eigenestados : | ϕ 0 〉 →| Ψ〉 =| ϕ 0 〉 + ∑ n 〈ϕ n | H PV | ϕ 0 〉 | ϕn 〉 E0 − En Para los alkalinos el estado base: | Ψ〉 =| nS1/ 2 〉 + δ | nP1/ 2 〉 + ... € Trancisiones previamente prohibidas (e.g. E1) son ahora permitidas € A ∝ 〈Ψ | r | Ψ〉 ≠ 0 H PV H € € GF = (κ1iγ 5 − κ nsd ,iσ n ⋅ α )δ (r) 2 H NSI PV Interacción independiente del spin del nucleo : • Coherente sobre todos los nucleones. • Se incrementa como Z3 NSD PV Interacción dependiente del spin del nucleo: • Solo paricipan los nucleones de valencia. • Se incrementa como Z8/3 • La contribución mayor es del anapolo € La historia del momento anapolar 1958 Zel’dovich, Vaks 1980 Khriplovich, Flambaum 1984 Khriplovich, Flambaum, Shuskov 1995 Fortson (Seattle) límite basado en un experimento en bouThallium 1997 Wieman (Boulder) medición en Cesio con incertidumbre del 15% Corriente chiral Momento Anapolar 2 a = ∫ drr J (r ) Current Magnetization Método 1.- Definir el sistéma de coordenadas del aparato (iE RF × BM 1 ⋅ BDC ) € 2.- Crear una superposición para interferir la señal : PNC Atotal = AMPC1 ± AE1 3.- Medir la tasa de transición mediante resonancia fluorecente. Rate ∝ Atotal € 2 4.- Cambiar el sentido del aparato 2 Señal esperada con 450 V/m AE1 € + − Signal ∝ Atotal − Atotal 5.- Repetir. = 0.01 rad /s € 2 Trampa con desanclaje al azul Fluorescencia de los átomos atrapados Transición M1 para interferencia Simulación de la cavidad de micro-ondas con HFSS Espejo con arreglo de hollos fabricado en UMD FabLab. Cavidad FWHM: 1.0425 MHz, Q=3.9 × 104 Principlio de la medición ⎛ (AM 1 ± AE1 )t c ⎞ Ξ ± = N sin ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ 2 ⎛ AM 1t c ⎞⎛ AE1t c ⎞ S = Ξ + − Ξ − ≅ N sin⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ 2 ⎠⎝ 2 ⎠ 2 € Pruebas con micro-ondas. M1 oscilaciones de Rabi (50 Hz) con 105 Rb átomos en una trampa dipolar azul (20 nm). Tiempo de decoherencia 180 ms. Prueba de la sensitividad del aparato Signal = 2ΩE1Δt N = 2 Noise Número de átomos = N ~ 106 ΩE1 ~ 10 mrad Tiempo de interacción= Δτ ~ 0.1s Resultados del blanco actinita en Diciembre 2010 ISAC facility @ TRIUMF500 MeV protons (2 µA) on UC (30 g/cm2). University of Maryland September 6, 2011 University of Maryland September 8, 2011 ISAC I hall at TRIUMF Espectroscopía collineal buscando 206Fr en Sep. y Dic. 2011 Resultados preliminares: observar el estado base del isótopo 206 isotope y su isómero ¿Qué sigue para FrPNC? • Acoplar la trampa a la línea del acelerador • Atrapar Fr • Estudios de Anomalía Hiperfina. • Medición del momento anapolar en una cadena de isótopos • Medición de la violación de paridad óptica. GRACIAS