Redigerer Penning-felle (avsnitt)

== Bruk av fellen ==
[[Fil:Penning_Trap.svg|miniatyr|Tegning av en skjematisk Penning-felle for lagring av ladede partikler ved bruk av et konstant elektrisk felt (blått), generert av en kvadrupol (a: endehetter) og (b: ringelektrode) og et overlagt konstant og homogent magnetfelt (rødt), generert av en omgivende sylindermagnet (c). En partikkel, indikert i rødt (her positiv), lagres mellom hetter med samme polaritet. Partikkelen er fanget inne i et vakuumkammer.]]
Penning-feller bruker et sterkt homogent aksialt magnetfelt for å begrense partikler radielt og et kvadrupol elektrisk felt for å begrense partiklene aksialt.<ref name=":0">{{Kilde artikkel|tittel=Geonium theory: Physics of a single electron or ion in a Penning trap|publikasjon=Reviews of Modern Physics|doi=10.1103/RevModPhys.58.233|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/RevModPhys.58.233|dato=1986-01-01|fornavn=Lowell S.|etternavn=Brown|etternavn2=Gabrielse|fornavn2=Gerald|serie=1|språk=en|bind=58|sider=233–311|issn=0034-6861|besøksdato=2021-02-16}}</ref> Det statiske elektriske potensialet kan genereres ved hjelp av et sett med tre elektroder: en ring og to endekapper. I en ideell Penning-felle er ringen og endekappene [[hyperboloide]]r. For fangst av positive (negative) ioner holdes endekapselektrodene på et positivt (negativt) potensial i forhold til ringen. Dette potensialet gir et [[sadelpunkt]] i midten av fellen, som fanger ioner langs den aksiale retningen. Det elektriske feltet får ioner til å svinge seg (harmonisk i tilfelle en ideell Penning-felle) langs felleaksen. Magnetfeltet i kombinasjon med det elektriske feltet får ladede partikler til å bevege seg i radialplanet med en bevegelse som sporer ut en [[epitrochoid]].

Orbitalbevegelsen til ioner i det radiale planet består av to modi ved frekvenser som kalles magnetronen <math>\omega_-</math> og den modifiserte syklotronen <math>\omega_+</math> frekvenser. Disse bevegelsene ligner henholdsvis den utsatte og epicycle av den Ptolemaiske modellen til solsystemet.
[[Fil:Penningtrajec.svg|miniatyr|En klassisk bane i radialplanet for <math>{\omega_+ \over \omega_-} =8</math>]]
Summen av disse to frekvensene er syklotronfrekvensen, som bare avhenger av forholdet mellom elektrisk ladning og masse og av styrken til magnetfeltet. Denne frekvensen kan måles veldig nøyaktig og kan brukes til å måle massene av ladede partikler. Mange av de mest presise massemålingene (massene av [[elektron]]et, [[proton]]en, <sup>2</sup>[[Hydrogen|H]], <sup>20</sup>[[Neon|Ne]] og <sup>28</sup>[[Silisium|Si]]) kommer fra Penning-feller.

Buffergaskjøling, resistiv kjøling og [[laserkjøling]] er teknikker for å fjerne energi fra ioner i en Penning-felle. Buffergassavkjøling er avhengig av kollisjoner mellom ionene og nøytrale gassmolekyler som bringer ionenergien nærmere energien til gassmolekylene. Ved resistiv avkjøling blir ladninger i bevegelige bilder i elektrodene laget for å jobbe gjennom en ekstern motstand, noe som effektivt fjerner energi fra ionene. Laserkjøling kan brukes til å fjerne energi fra noen typer ioner i Penning-feller. Denne teknikken krever ioner med en passende elektronisk struktur. Strålingskjøling er prosessen der ionene mister energi ved å skape [[Elektromagnetisk stråling|elektromagnetiske bølger]] i kraft av deres akselerasjon i magnetfeltet. Denne prosessen dominerer kjøling av elektroner i Penning-feller, men er veldig liten og vanligvis ubetydelig for tyngre partikler.

Å bruke Penning-fellen kan ha fordeler i forhold til radiofrekvensfellen ([[Kvadrupol ionefelle|Paul-fellen]]). For det første, i Penning-fellen påføres bare statiske felt, og det er derfor ingen mikrobevegelse og resulterende oppvarming av ionene på grunn av de dynamiske feltene, selv for utvidede 2- og 3-dimensjonale ion Coulomb-krystaller. Penning-fellen kan også gjøres større samtidig som den opprettholder sterk fangst. Det fangne ionet kan deretter holdes lenger borte fra elektrodeoverflatene. Interaksjon med patch-potensialer på elektrodeoverflatene kan være ansvarlig for oppvarming og dekoherenseffekter, og disse effektene skaleres som en høy effekt av den omvendte avstanden mellom ionet og elektroden.