title: Investigating a doubly sympathetic cooling scheme for antiprotons using SIMBUCA
Creators: name: Nowak, Lilian
Publisher: name: :none
Year: 2018

description: Diese Arbeit fasst meine Tätigkeiten und Bemühungen, während des Technical Student Programm’s in 2016/17 am CERN zusammen. Zunächst erfolgt eine Beschreibung des Hauptexperiments Aegis, sowie dessen theoretischer Hintergrund. Aegis ist eines der Experimente, die um den Antiprotonen-Entschleuniger (Antiproton Decelerator) am CERN gebaut sind. Das vorwiegende wissenschaftliche Ziel von Aegis ist eine Messung der Fallbeschleunigung von Anti-Wasserstoff im Gravitationsfeld der Erde. Um die Genauigkeit dieser Gravitationsbeschleunigungsmessung zu verbessern, wurde von Michael Doser (CERN) und Alban Kellerbauer (Universität Heidelberg) ein doppelt sympathisches Kühlungsschema vorgeschlagen, bei dem Antiprotonen, eine kationische und eine anionische Spezies, gleichzeitig in einer Penningfalle eingeschlossen sind, wobei nur die kationische Spezies aktiv gekühlt wird. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Überprüfung der Funktionalität dieses doppelt sympathetischen Kühlungsschemas unter Verwendung eines Penningfallen-Simulationsprogramms namens Simbuca, das die Coulomb-Kraft auf einer GPU berechnet, was die Simulationszeiten signifikant reduziert. Außerdem wird der physikalische Hintergrund vorgestellt, der notwendig ist, um den nachfolgenden Simulationen folgen zu können. Die durchgeführten Simbuca-Simulationen werden im Detail analysiert und das Verhalten der geladenen Teilchen in der Penning-Falle beschrieben. Darüber hinaus wurde ein sympathetischer Kühleffekt zwischen den entgegengesetzt geladenen Teilchen eindeutig beobachtet, allerdings konnte die Funktionalität des vorgeschlagenen Schemas nur mit starken Einschränkungen nachgewiesen werden.
description: This thesis summarises my tasks and efforts during the Technical Student Programme at CERN in 2016/17. First, the main experiment Aegis and its theoretical background are introduced. Aegis is located at CERN's Antiproton Decelerator (AD) and its main scientific goal is to measure Earth's gravitational acceleration on antihydrogen. To enhance the accuracy of this gravitational acceleration measurement a doubly sympathetic cooling scheme was proposed by Michael Doser (CERN) and Alban Kellerbauer (University of Heidelberg), involving antiprotons, a cationic and an anionic species, which are simultaneously confined in a penning trap, with only one actively cooled (cationic) species. The focus of this thesis lies on testing the functionality of this doubly sympathetic cooling scheme using a penning trap simulation program called Simbuca, which calculates the coulomb force on a GPU, what reduces the simulation times significant. Besides, the theoretical physical background is presented, which is necessary to follow the subsequent simulations. The performed Simbuca-simulations are analysed in detail and the behaviour of the trapped, charged particles is described. Furthermore, although a sympathetic cooling effect between the oppositely charged particles was clearly observed, the functionality of the proposed scheme could only be confirmed with severe limitations.