CERN-Kjerne- og partikkelforskning

AEGIS eksperimentet, som ligger ved Antimatter Deceleratoren (AD) på CERN, har som mål å være det første eksperiementet som direkte måler gravitasjonskraftens virkning på anti-materie. For å få til dette må AEGIS kollaborasjonen for aller første gang lage en pulserende anti-Hydrogen stråle og for aller første gang måle direkte deteksjon av en anti-Hydrogen annihilasjon på en detektor overflate. I tillegg til dette er målet å gjøre spektroskopiske målinger av anti-materie over lang tid. Det norske bidraget til AEGIS eksperimentet har de seneste årene vært utviklingen av en posisjonssensitiv detektor, et nøkkelelement i AEGIS eksperimentet som vil være ansvarlig for selve målingen av gravitasjonskraftens effekt på anti-materie. I tillegg, har vi forsket på anti-proton annihilasjoner i silisium og bygget en ny anti-proton målestasjon for detektor og materialstudier. I prosjektets seneste periode har vi også bidratt til forskning på formasjon av anti-hydrogen og tatt del av operasjonen av eksperimentet. Et stort gjennombrudd ble publisert i februar 2021, da man kunne vise pulserende produksjon av anti-hydrogen atomer for første gang. Samtidig kan man også manipulere atomene med lasere og eksterne felt. Det blir også mulig å lage andre antiprotonske atomer på samme måte. Et stort skritt på vei mot måling av gravitasjonskraften virkning på anti-materie.

Scientific impact: - First production of antihydrogen in pulsed mode - A novel climate chamber and laser setup for detector tests - Novel positronium and laser developments - Novel simulation software for studies of detection of anti-hydrogen - 32 publications, as well as a large number of conference and collaboration talks etc. - 2 PhD degrees and 3 student projects (bachelor and master level) Societal impact: - Education and training of Bachelor, Master and PhD students, important for recruitment to industry. Knowledge on physics, detectors, computing and lasers as in this project has proved to be attractive. - Knowledge transfer from CERN to Norway. Norwegian students have been trainied at CERN in technologies and processes they would otherwise not have access to. - The chip developed potentially results in new applications - Large thin silicon strip detectors may be important for future detector technologies and for medicine or space.

The weak equivalence principle (WEP) implies that the gravitational interactions of matter and anti-matter are exactly identical. This assertion, being a fundamental consequence of general relativity, has never been experimentally verified; in fact the gravitational force on anti-matter system has never been directly observed. Consequently, a first, even modest precision measurement of the gravitational interactions of anti-matter is very interesting Observing the gravitational effects on anti-Hydrogen is a substantial experimental challenge, requiring the integration of techniques from two distinct fields of physics: atomic physics, and particle detectors. In Norway, the collaboration between these two fields is ensured by the Norwegian participation in the AEGIS experiment at CERN. The AEGIS collaboration initially approached the Norwegian groups, inviting us to participate in the experiment and take the main responsibility for its position sensitive detector, a silicon detector, which is a crucial part of the apparatus. Thanks to a successful FRINTATEK grant we have the last four years developed such a detector, performed unique detector research with anti-matter and helped develop and operate the main apparatus. We have also been able to propose and successfully install a completely new beam line dedicated to detector research with anti-matter With the delay of the main experiment (e.g. due to LHC upgrade) we would like to continue our research in AEGIS in order to take part in the gravitational measurement of anti-Hydrogen. In addition, we would like to take further advantage of our newly gained expertise in anti-matter detection and the new tools to further advance our research which we have developed and which is now ready to be used and thus continue to play a major role in this international collaboration.