Experiencia de investigadores de la UGR en proyectos Ideas

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Experiencia de investigadores de la UGR en

proyectos Ideas

Departamento de Física Atómica, Molecular y Nuclear

Daniel Rodríguez

Jornada sobre el programa Ideas del 7PM

Granada, 13 de junio de 2012

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Índice

El propósito de esta charla

1. Mostrar algunas generalidades

• Motivación personal

• Ventajas de tener un proyecto del Consejo Europeo de Investigación

Jornada sobre el programa Ideas del 7PM ● Universidad de Granada D. Rodríguez

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Índice

El propósito de esta charla

2. Consejos para la acción (1ª fase)

• El curriculum del IP

• El curriculum y el proyecto ¿debe de tener relación?

• La idea ¿es realizable?

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Índice

El propósito de esta charla

• La entrevista ¿Cuáles son mis puntos débiles?

• La presentación

• El curriculum del IP

• El curriculum y el proyecto ¿debe de tener relación?

• La idea ¿es realizable?

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Consideraciones generales

Un gran científico español escribió

Reglas y Consejos sobre investigación científica

Los tónicos de la voluntad

“Las cualidades indispensables al cultivador de la investigación son: la independencia mental, la curiosidad intelectual, la perseverancia en el trabajo, la religión de la patria y el amor a la gloria.”

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Consideraciones generales

Un gran científico español escribió

Reglas y Consejos sobre investigación científica

Los tónicos de la voluntad

“Las cualidades indispensables al cultivador de la investigación son: la independencia mental, la curiosidad intelectual, la perseverancia en el trabajo, la religión de la patria y el amor a la gloria.”

Necesidad de financiación

(7)

Motivación personal

Guarda relación con mi trayectoria

Etapas en

el extranjero

Alemania

(predoctoral)

Francia

(posdoctoral)

(Marie Curie)

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Motivación personal

Etapas en

el extranjero

1ª etapa

en España

Alemania

(predoctoral)

Francia

(posdoctoral)

(Marie Curie)

Universidad de

Huelva

(Juan de la Cierva)

(José Castillejo en

MPIK-Heidelberg)

1

^er

intento

de Starting Grant

Motivación personal

Guarda relación con mi trayectoria

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Etapas en

el extranjero

1ª etapa

en España

2ª etapa

en España

Alemania

(predoctoral)

Francia

(posdoctoral)

(Marie Curie)

Universidad de

Huelva

(Juan de la Cierva)

(José Castillejo en

MPIK-Heidelberg)

1

^er

intento

de Starting Grant

Universidad de

Granada

(Juan de la Cierva)

(Ramón y Cajal)

(IP proyecto

del plan nacional)

2º intento

de Starting Grant

Motivación personal

Guarda relación con mi trayectoria

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Ventajas de tener un proyecto del ERC

1. Tener mucha financiación durante 5 años

• 1.499.300,00 euros

2. Disponer de un laboratorio

• 80 m²

3. Consolidación profesional 4. Prestigio

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Ventajas de tener un proyecto del ERC

El laboratorio

Espacio entregado en

marzo de 2012

(12)

Ventajas de tener un proyecto del ERC

El laboratorio

(13)

Ventajas de tener un proyecto del ERC

El laboratorio

(14)

Ventajas de tener un proyecto del ERC

El laboratorio

(15)

El curriculum del IP

Se valora desde 1 hasta 4

1: Non competitive 2: Good (umbral) 3: Excellent

4: Outstanding

Intellectual capacity and creativity

Commitment

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El curriculum del IP

Se valora desde 1 hasta 4

4: Outstanding

1^erIntento de Starting Grant: octubre de 2008 (fecha límite de solicitud)

• 2/4 (basado en las evaluaciones de 4 referees)

• Juan de la Cierva

• Estancias en el extranjero (8 años en total)

• Marie Curie Individual

• 3 Physical Review Letters

• IP de una acción complementaria

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El curriculum del IP

Se valora desde 1 hasta 4

4: Outstanding

• 2/4 (basado en las evaluaciones de 4 referees)

• Juan de la Cierva

• Estancias en el extranjero (8 años en total)

• Marie Curie Individual

• 3 Physical Review Letters

• IP de una acción complementaria

2^ºIntento de Starting Grant: octubre de 2010 (fecha límite de solicitud)

• 3,4/4 (basado en las evaluaciones de 5 referees)

• Ramón y Cajal

• 1 Nature

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El proyecto

Se valora desde 1 hasta 4

4: Outstanding

Ground-breaking nature and potential impact of the research

Methodology

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El proyecto

Se valora desde 1 hasta 4

4: Outstanding

• High-Accuracy Mass Spectrometry Using Trapped and Cooled Ions

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El proyecto

Se valora desde 1 hasta 4

4: Outstanding

• High-Accuracy Mass Spectrometry Using Trapped and Cooled Ions 2^º Intento de Starting Grant: octubre de 2010 (fecha límite de solicitud)

• High-Performance Mass Spectrometry Using a Quantum Sensor

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El proyecto

Se valora desde 1 hasta 4

4: Outstanding

• High-Accuracy Mass Spectrometry Using Trapped and Cooled Ions 2^º Intento de Starting Grant: octubre de 2010 (fecha límite de solicitud)

• High-Performance Mass Spectrometry Using a Quantum Sensor

La diferencia es una idea novedosa consistente en pesar átomos

utilizando fotones y un proyecto mucho mejor estructurado y

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El curriculum y el proyecto

¿Deben tener relación?

Sí, en un alto porcentaje

• Mayor dificultad para aquellas líneas de investigación que no publican regularmente en Nature o Science.

• Hay que conectar la línea de investigación del curriculum con la línea de

investigación de más actualidad. De aquí debe surgir la idea novedosa que nos permita avanzar en nuestra propia línea.

• Una vez concebida la idea buscar un “abogado del diablo”.

• Redactar con un inglés impecable y muy bien argumentado.

• Si es posible contrastar lo escrito con un experto altamente cualificado.

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El curriculum y el proyecto

¿Deben tener relación?

Sí, en un alto porcentaje

• Mayor dificultad para aquellas líneas de investigación que no publican regularmente en Nature o Science.

• Hay que conectar la línea de investigación del curriculum con la línea de

investigación de más actualidad. De aquí debe surgir la idea novedosa que nos permita avanzar en nuestra propia línea. 2 años

• Una vez concebida la idea buscar un “abogado del diablo”. 2 días

• Redactar con un inglés impecable. 3 semanas

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La idea

¿Es realizable?

Se debe mostrar que es realizable

• Se debe presentar en el proyecto una metodología donde se exponga cómo se van a conseguir los objetivos y cómo se superarán los obstáculos más

evidentes.

• Hay que plantear la ejecución del proyecto minimizando los riesgos.

• ¿Hay que tener un plan B?

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El proyecto y la idea

TRAPSENSOR (Part B1)

a) Scientific Leadership Potential 1 página b) Curriculum Vitae 2 páginas

c) Early Achievement-Track-Record 2 páginas

d) Extended Synopsis of the scientific proposal

• d.1 Introduction and Motivation 1 página

• d.2 State of the Art and Objectives 2 páginas

d.2.1 The Nuclear Binding Energy of Isotopes of Superheavy Elements d.2.2 The Mass of the Electron Antineutrino

• d.3 Methodology and Strategy 2 páginas

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El proyecto y la idea

TRAPSENSOR (Part B2)

The project proposal

• a. State of the Art and Scientific Objectives 3 páginas

• a.1 Mass measurements of superheavy elements (see also B1, Section d.2.1)

• a.2 The Mass of the Electron Antineutrino (see also B1, Section d.2.2)

• b. Methodology (see also Part B1, Section d.3) 10 páginas

• b.2. The Experimental Set-Up

• b.3 Working Plan and Time Schedule

• c. Resources (incl. project costs) 2 páginas

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La entrevista

¿Cuáles son mis puntos débiles?

El enfriamiento de iones con láser

• Importante contactar con grupos europeos líderes que hayan llevado a cabo este tipo de experimentos.

• Visitar los laboratorios europeos líderes: Imperial College (Londres) y Universidad de Innsbruck (Austria).

• Preparar una publicación sobre el proyecto mostrando la viabilidad.

• Aprovechar oportunidades de asesoramiento del punto nacional de contacto y de consultoras especializadas

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High-Performance Mass Spectrometry Using a Quantum

Sensor

TRAPSENSOR

Daniel Rodríguez

Departamento de Física Atómica Molecular y Nuclear

Universidad de Granada

Spain

European Research Council Starting Independent Researcher Grant

(ERC-2011-StG)

Brussels, Belgium May 2011

ν

_e

ν

_µ

ν

_τ

ν

₁

ν

₂

ν

₃

?

(29)

Outline:

Physics goals, technological breakthrough and

feasibility

• Physics motivation: - Neutrino mass experiment in Granada

- Masses of superheavy elements in GSI-Darmstadt

• Present status in precision Penning trap mass spectrometry

• The Quantum Sensor: a new concept, a technological breakthrough

• Setup, working planning and requested budget

• Updates on the PI

(30)

•

Two International collaborations aiming at measuring with a sensitivity of about 0.2 eV/c² KATRIN Experiment

MARE Experiment

Physics motivation (I):

What is the mass of the electron antineutrino?

e + ν

e

+

→ Os

⁻

Re

¹⁸⁷

187

e + ν

e

+

→ He

⁻

H

³

3

keV

5 .

2 =

Q

keV

6 .

18 =

Q

•

I will unambiguously determine E₀ by Penning trap mass spectrometry

11 3

3

H He ) 7 10

( → ≈ ×

⁻

m

δ m

eV

2 .

0 ≈

δ m

12 187

187

R O ) 1 10

( e → s ≈ ×

⁻

m

δ m

In reach with existing techniques

In-reach with the Quantum Sensor In Granada

m

_ν

= 0eV

m

_ν

= 1eV

-3 -2 -1 0

E_e-E0 ^(eV)

~ m

_ν

Counting rate

ERC-2011-StG, Brussels

•

May 2011 Daniel Rodríguez

•

TRAPSENSOR

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Physics motivation (II):

What are the proton numbers of superheavy elements ?

•

SHIPTRAP is an unique international facility at GSI-Darmstadt, that has allowed the first direct mass measurements on elements heavier than uranium.

M. Block et al, Nature 463 (2010) 785-788

Cold fusion

Hot fusion

Present limit: 0.6 ions/s ~ 20 ions/h in the Penning trap

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Present status in Penning trap mass spectrometry:

The two presently applied techniques

Existing techniques

1. Time-of-flight resonance technique allows for δm/m ~10^-8, for singly charged ions, and up to δm/m ~10^-10 for highly charged ions.

Drawback: one needs about 5-10 ions per hour in the trap.

1. Induced image-current detection technique allows for δm/m ~10^-11 for singly charged ions and subatomic particles, even for antiprotons.

Drawback: It has been used only for low mass-to-charge ratios.

Quantum Sensor

However this excellent performance is not yet sufficient for investigating elements with Z>103 at GSI, nor for the pair ¹⁸⁷Re-

187_Os.

The quantum sensor will yield the highest sensitivity.

Since the signal-to-noise ratio decreases with increasing mass-over-charge ratio, mass measurements on very heavy isotopes are prohibited up to now.

The quantum sensor is not dependent on the mass-to-charge ratio.

•

TRAPSENSOR

(33)

The Quantum Sensor:

A new concept, a technological breakthrough

Axial oscillation (detection of ν_z) Radial oscillation (detection of νc)

Laser beam

• The quantum sensor (principle)

1. Stop excitation of the motional frequency 2. Laser OFF → energy transfer

3. Laser ON with strong focus (

~

2µm)

T i i

exc

^L ^L ^C

t

1 2

2 π

2

ν

=

• Level scheme for a Ca⁺ ion in a 7 T magnetic field

4s²P_1/2

4s²S_1/2

3d²D_3/2 397 nm

866 nm

196 GHz 64 GHz

236 GHz

1. The ion motion in the RF regime will be detected by photons.

2. This signal is only depending on the excitation amplitude and not on the mass or the charge of the ion.

B

r

(34)

The Quantum Sensor:

Planned setup at Granada

Laser desorption ion source

Time-of-flight mass spectrometer

Pulsed

cavity Transfer section to Paul trap

RFQ buncher

Transfer Section to Penning Traps

Laser system for laser desorption (Nd:YAG) and Optical elements

Superconducting magnet

Purification trap

Measurement trap (to be substituted)

Laser system for laser cooling (and pumping) of

40_Ca+ ion (Doppler cooling) and optical elements Quantum

sensor test bench

Micro- channel plate detector

Ti:Saphire Laser 793 nm

DPSS Laser 532 nm Frequency

doubling 397 nm AOM

Q. D_.

Micro-channel plate detector ICCD camera

PMT

Diode Laser

866 nm

^x4

x2

Existing facility Blueprint for the first stage of the project

To be built in the first stage of the project

J. M. Cornejo PhD Student

Started 15/02/2011

•

TRAPSENSOR

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Post-doc and PhD 2

The Quantum Sensor:

Working plan and budget

Working plan (summary) Year 1 Year 2 Year 3 Year 4 Year 5

Construction of Penning trap system similar to SHIPTRAP, coupling to the laser ion source and first mass measurements

Construction of Paul trap to be operated as quantum sensor, coupling to ion source and laser cooling. Design of the final Penning system Coupling of the Penning trap system (measurement trap plus quantum sensor) to the purification trap and duplicate system for SHIPTRAP Measurements at GSI-Darmstadt with a relative mass uncertainty of δm/m~10^-7

Measurements at the University of Granada (the pair ¹⁸⁷Re-¹⁸⁷Os) and study of systematic effects for (δm/m~10^-11)

PhD 1 PhD 2 PhD 1& 2

Requested budget (Following EU amortization rules)

Equipment _{808 k€}

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Info of the principal investigator:

Update of my CV

• Member of the SHIPTRAP and LPCTRAP collaborations. Results have been published in Nature and Physics Review Letters.

• Spokesperson of a new experiment at the Centro Nacional de Aceleradores.

• Coordinator of the Technical Design Report of MATS (ion traps) and LaSpec (laser

spectroscopy) at the future facility for Antiprotons and Ion Research (FAIR). The first TDR approved by the FAIR Steering committee (May 2010) and published in a review by D. Rodríguez et al, attracting up to date 6 citations.

• Spokesperson of the MATS collaboration.

• Publications in 2011: one Physics Review Letters and one Journal of Physics G.

• The Quantum sensor for applications to the pair ¹⁸⁷Re-¹⁸⁷Os has been accepted as an oral presentation at the Particle and Nuclei International Conference 2011.

• The manuscript “The Quantum Sensor: A New Approach in High-Performance Mass

Spectrometry” has been submitted in May 2011 to Applied Physics B: Optics and Lasers.

•

TRAPSENSOR

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Experiencia de investigadores de la UGR en proyectos Ideas