The negative ion of positronium: measurement of the decay rate and prospects for further experiments

摘要

The negative positronium (Ps-) ion consisting of two electrons and a positron (e+e-e-), represents the simplest three-body system with a bound state. Its constituents are stable, point-like particles, and it is essentially free from perturbations by strong interaction effects. Together with the rather unique mass ratio, these properties make the positronium ion an interesting object for studying the quantum-mechanical three-body problem. We present a new determination of the decay rate of Ps-, using a beam-foil method and a stripping-based detection technique. The measured value of Γ = 2.089(15) ns-1 is a factor of six times more precise than the previous experimental result, and there is excellent agreement both with the latter and with the theoretical value. With the new high-intensity positron source NEPOMUC at the FRM-II research reactor in Munich being available, a further improvement in precision seems possible. Moreover, the high flux of low-energy positrons at this facility brings other properties of this exotic system within reach of experiments. The prospects for such investigations are discussed.PACS No.: 36.10DrConstruit de deux électrons et d'un positron (e+e-e-, l'ion négatif du positronium (Ps- représente le plus simple des systèmes à trois corps possédant un état lié. Ses constituants sont des particules ponctuelles stables et il est essentiellement libre de toute perturbation due à l'interaction forte. Avec son unique rapport de masse, ces propriétés font de cet ion du positronium une plateforme intéressante pour étudier les effets quantiques à trois corps. Nous avons fait récemment une mesure du taux de désintégration du Ps- en utilisant une méthode faisceau-lame et une technique de détection basée sur le stripage. Le résultat de cette mesure est Γ = 2,089(15) ns-1, une mesure six fois plus précise que la précédente, tout en étant en accord avec cette dernière, aussi bien qu'avec le résultat théorique. Il semble possible d'améliorer encore cette précision en utilisant la source de positrons de haute intensité NEPOMUC du réacteur FRM-II de Munich. De plus, la haute intensité du faisceau de positrons de basse énergie de NEPOMUC rend possible l'étude d'autres propriétés de ce système exotique. Nous discutons de ces possibilités.[Traduit par la Rédaction]