Trampa de Penning
Una trampa Penning és un tipo de trampa iònica que utilisa un camp elèctric no homogéneu i un camp magnètic homogéneu en una direcció que a partir d'ara cridarem axial. El seu us s'estén des de l'espectrometria de masses d'alta precisió,[1] la mida de propietats de partícules subatòmiques,[2] a l'implementació física de qubits, per a realisar operacions de computació quàntica.
Funcionament
[editar | editar còdic]El potencial electrostàtic
[editar | editar còdic]La construcció d'una trampa Penning consta d'un potencial elèctric cuadrupolar, generat per tres electrodos, un anell i dos encaps. Este potencial genera un camp electrostàtic proporcional al potencial aplicat entre els electrodos en les direccions axial i radial. Este potencial té forma de punt de cadira, generant un moviment harmònic confinante en la direcció axial i un moviment en equilibri inestable en la direcció radial, per lo que els ions tendiran a perdre-se al menor destorbament.[2]
Moviment en camp magnètic
[editar | editar còdic]Per a confinar el moviment en la direcció radial apliquem un camp magnètic paralel a l'eix axial. Per les propietats del producte vectorial de la força magnètica sabem que esta només tindrà component radial (perpendicular a l'eix axial), atrapant aixina als ions en la direcció radial.
El ion queda llavors totalment confinat, en la direcció radial la solució de les equacions del moviment nos dona lloc a un moviment epicicloide, que finalment es compondrà en el moviment oscilante de la direcció axial per a donar lloc a un moviment periòdic en les tres direccions de l'espai.[2]
El moviment en el pla radial pot visualisar-se com la superposició de dos moviments circulares, magnetrón (circumferència gran del epiciloide) de freqüència i ciclotrón modificat (circumferència menuda) de freqüència . Sumant abdós obtenim la freqüència ciclotrón, esta cantitat és d'extrema utilitat, puix coneguda esta i el valor del camp magnètic podem determinar la relació carrega massa dels ions atrapats. Moltes de les mides d'alta precisió (massa del electró, protón, , , ) provenen de trampes Penning.
Montage experimental
[editar | editar còdic]
Tant l'anell com els endcap que generen el potencial de la trampa Penning tindran geometria d'hiperboloide de revolució, per a atrapar ions positius (negatius) els encaps es conecten a un potencial positiu (negatiu) respecte al potencial de l'anell.[3]
Degut a que és necessari un iman que genere un valor de camp magnètic molt alt, l'iman que ho genera és un electroimant superconductor, per lo que es necessitarà el seu refredat fins a la temperatura crítica del material superconductor.[4]
Refredat dels ions confinats
[editar | editar còdic]Una volta tenim els ions en la trampa Penning passem a gelar-los, este pas és important per a totes les aplicacions de la trampa,[3] puix nos permet tant medides com un control més precís dels ions. Existixen distints tipos de refredat entre els quals estan:
Per la desintonización en freqüència causada pel efecte Doppler i la cuantización dels nivells d'energia, els ions tendiran a absorbir fotons només si es mouen en el sentit contrari al d'incidència del làser, quedant excitats, com l'emissió de fotons en tornar a l'estat funtamental és isótropo el resultat és que despuix de molts successos d'excitació-desexcitación cada ion perdrà moment, lo que resulta en la disminució del seu moviment, lo que cridem refredat del ion.[5]
Refredat resistivo
[editar | editar còdic]Com qualsevol atra càrrega, el moviment dels ions genera un camp electromagnètic induït, que variarà en el temps com aixina ho fa el moviment del ion, esta variació donarà lloc a corrents induïdes que despuix de passar per una resistència dissiparan energia en forma de calor, com esta energia prové del moviment dels ions tindrà com a efecte final el seu refredat.[6]
cal comentar que la detecció d'estes mateixes corrents induïdes seran les que nos permetran caracterisar el moviment dels ions en la trampa, puix depenen de la freqüència ciclotrón.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms.376
- 265–269.ISSN 0168-583X.doi:10.1016/j.nimb.2016.02.027.Consultat el 23 de maig de 2018.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Reviews of Modern Physics.doi:10.1103/RevModPhys.58.233.
- ↑ 3,0 3,1 Springer Séries on Atomic, Optical, and Plasma Physics.ISSN 1615-5653.doi:10.1007/978-3-540-92261-2.
- ↑ Chinese Physics C.39(5)
- 057004.ISSN 1674-1137.doi:10.1088/1674-1137/39/5/057004.Consultat el 23 de maig de 2018.
- ↑ Physical Review A.69(4)ISSN 1050-2947.doi:10.1103/physreva.69.043402.
- ↑ Physical Review A.90(4)ISSN 1050-2947.doi:10.1103/PhysRevA.90.043412.Consultat el 23 de maig de 2018.
Referències
[editar | editar còdic]
- Este artícul conté una traducció derivada de «Trampa de Penning» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.