Simulations for positronium interferometry and gravitation

The Phd thesis mainly describes the simulations that I have done to confirm the feasibility of the QUPLAS experiment to measure the gravitational acceleration of positronium. After a chapter about the theoretical foundations of the experiment and the description of ongoing experiments with antihydrogen the thesis analyses the various parts of the experiment to be able to define the formulas that should be used in the simulation. A Ps− beam is generated by a converter and then focused in a very short area before it decays. A laser removes the extra electron to create a Ps beam which enters a Mach- Zehnder interferometer to measure gravitational acceleration. This measure requires a large amount of Ps atoms parallel to the axis of the interferometer. The velocity distribution of Ps− produced by the converter, the trajectory of Ps− in the electric field and the photodetachment with the recoil of Ps have been modelled. The results of the simulation with a 1560 nm and 3600 nm laser and a temperature of the converter of 10 and 300 K show that the experiment is feasible with a precision of 10% after a year of measurements.

La tesi di dottorato descrive principalmente le simulazioni che ho effettuato per confermare la fattibilità dell’esperimento QUPLAS finalizzato a misurare l’accelerazione gravitazionale del positronio. Dopo un capitolo sulle fondamenta teoriche dell’esperimento e la descrizione di esperimenti in corso con l’anti-idrogeno, la tesi analizza le varie parti dell’esperimento per definire le formule che dovrebbero essere utilizzate nella simulazione. Un fascio di Ps− è generato da un convertitore e poi focalizzato in un’area molto corta prima di decadere. Un laser rimuove l’elettrone in eccesso per creare un fascio di Ps che entra in un interferometro di Mach-Zehnder per misurare l’accelerazione gravitazionale. Questa misurazione richiede una grande quantità di atomi di Ps paralleli all’asse dell’interferometro. La distribuzione della velocità di Ps− prodotta dal convertitore, la traiettoria dei Ps- nel campo elettrico e il photodetachment con il rinculo di Ps sono stati modellati. I risultati della simulazione con un laser da 1560 nm e 3600 nm e una temperatura del convertitore di 10 e 300 K mostrano che l’esperimento è fattibile con una precisione del 10% dopo un anno di misurazioni.