Laser excitation of the n=3 level of positronium for antihydrogen production
S. Aghion
,
C. Amsler
,
A. Ariga
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T. Ariga
,
G. Bonomi
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P. Bräunig
,
J. Bremer
,
R. S. Brusa
,
L. Cabaret
(1)
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M. Caccia
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R. Caravita
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F. Castelli
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G. Cerchiari
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K. Chlouba
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S. Cialdi
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D. Comparat
(1)
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G. Consolati
,
A. Demetrio
,
L. Di Noto
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M. Doser
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A. Dudarev
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A. Ereditato
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C. Evans
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R. Ferragut
,
J. Fesel
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A. Fontana
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O. K. Forslund
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S. Gerber
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M. Giammarchi
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A. Gligorova
,
S. Gninenko
,
F. Guatieri
,
S. Haider
,
H. Holmestad
,
T. Huse
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I. L. Jernelv
,
E. Jordan
,
A. Kellerbauer
,
M. Kimura
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T. Koettig
,
D. Krasnicky
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V. Lagomarsino
,
P. Lansonneur
(2)
,
P. Lebrun
(2)
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S. Lehner
,
J. Liberadzka
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C. Malbrunot
,
S. Mariazzi
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L. Marx
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V. Matveev
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Z. Mazzotta
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G. Nebbia
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P. Nedelec
(2)
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M. Oberthaler
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N. Pacifico
,
D. Pagano
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L. Penasa
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V. Petracek
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C. Pistillo
,
F. Prelz
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M. Prevedelli
,
L. Ravelli
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L. Resch
,
B. Rienäcker
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O. M. Røhne
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A. Rotondi
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M. Sacerdoti
,
H. Sandaker
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R. Santoro
,
P. Scampoli
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L. Smestad
,
F. Sorrentino
,
M. Spacek
,
J. Storey
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I. M. Strojek
,
G. Testera
,
I. Tietje
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S. Vamosi
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E. Widmann
,
P. Yzombard
(1)
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J. Zmeskal
,
N. Zurlo
S. Aghion
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C. Amsler
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A. Ariga
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T. Ariga
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G. Bonomi
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S. Lehner
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J. Zmeskal
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N. Zurlo
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Résumé
We demonstrate the laser excitation of the n=3 state of positronium (Ps) in vacuum. A combination of a specially designed pulsed slow positron beam and a high-efficiency converter target was used to produce Ps. Its annihilation was recorded by single-shot positronium annihilation lifetime spectroscopy. Pulsed laser excitation of the n=3 level at a wavelength λ≈205 nm was monitored via Ps photoionization induced by a second intense laser pulse at λ=1064 nm. About 15% of the overall positronium emitted into vacuum was excited to n=3 and photoionized. Saturation of both the n=3 excitation and the following photoionization was observed and explained by a simple rate equation model. The positronium's transverse temperature was extracted by measuring the width of the Doppler-broadened absorption line. Moreover, excitation to Rydberg states n=15 and 16 using n=3 as the intermediate level was observed, giving an independent confirmation of excitation to the 3P3 state.