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MLZ

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EDM (im Aufbau)

Die Messung des Elektrischen Dipolmoments des Neutrons

EDM Schema EDM Schema

Das elektrische Dipolmoment des Neutrons (EDM) wäre ein klares Zeichen für eine neue Physik jenseits der bekannten Teilchenphysik. Die Suche nach einem solchen EDM ist eines der wichtigsten Experimente in der Grundlagenphysik und könnte die entscheidenden Informationen zum Überschuss von Materie gegenüber Antimaterie im Universum liefern. Mit hoher Messgenauigkeit soll dieses Experiment eine Sensitivität von 10-28 ecm für eine Ladungsverteilung innerhalb des Neutrons erreichen. So ist das Neutron eine Sonde, welche die Physik jenseits von Beschleunigern untersuchen kann – früher als 10-11 s nach dem Urknall. In der Neutronenleiterhalle Ost wird derzeit eine neue Anlage zur Bestimmung des elektrischen Dipolmoments des Neutrons aufgebaut. Die Anlage ist mit dem Strahlrohr für ultrakalten Neutronen (UCNs) verbunden und befindet sich in einer magnetisch isolierten Umgebung. Die laufenden Aufbauarbeiten werden voraussichtlich bis Ende 2014 fertiggestellt. Die Messung verwendet eingesperrte ultrakalte Neutronen (vorgesehene Dichten von 103/cm3) in zwei evakuierten Gefäßen bei Raumtemperatur. In einem homogenen und stabilen Magnetfeld wird die Spinpräzession der Neutronen relativ zu verschiedenen Anordnungen von Atommagnetometern gemessen. Diese Atommagnetometer besetzen sowohl das identisches Volumen wie die Neutronen simultan und umgeben auch den Aufbau und erreichen so eine Gesamtsensitivität von weniger als 1 fT.

Typische Anwendungen
  • Ramsey-Messungen mit gefangenen ultrakalten Neutronen
  • Messung des EDM des Neutrons mit einer Empfindlichkeit von 10-28 ecm
  • Untersuchen der Isotropie des Universums und seiner Invarianz unter Lorentz
  • Transformationen über Uhrenvergleichsmessungen mit polarisierten Gasen
  • Messung neuer Kräfte auf kurzen Distanzen
  • Suche nach Kandidaten für dunkle Materie (Axionen)
  • Präzisions-Magnetometrie
  • Ultra-Niedrig-Feld-NMR
Technische Daten

Die EDM- Anlage (siehe Schema) besteht aus einer magnetisch abgeschirmten Strahlposition mit nicht-magnetischen Beton, 180 Magnetometern und 24 Korrekturspulen für eine magnetisch stabilisiertes Umfeld von 300 m3 bis < 2 Mikrotesla. Im Zentrum der Anlage befindet sich ein magnetisch abgeschirmter Raum mit einer Tür von 2 × 2 m und einer Fläche von 2,3 × 2,7 m, 2,3 m Höhe. Die Dämpfung dieser Abschirmung beträgt 300 (Quasi-DC) und < 320000 von 10 Hz bis 10 MHz. Eine innere Abschirmung mit einem Durchmesser von 1,4 m und einer Länge von 2,2 m kann mit einem zusätzlichen Gleichstromdämpfungsfaktor von > 1000 (quasi DC) und > 10000 ( > 1 Hz) im Zentrum der Anlage platziert werden. Stabile Stromquellen erzeugen ein Magnetfeld von 3.2 Mikrotesla mit einer zeitlichen Stabilität von < 1 ppm über 300 s und einer Homogenität von 100 ppm über 0,5 m3 im Zentrum. Es ist geplant, 70% der UCN-Dichte der UCN-Quelle innerhalb dieses Zentrums in einer Falle mit Lagerzeiten von 250 s zu erreichen. Es gibt vier Laser-gepumpte 199Hg Magnetometer mit einem Durchmesser von 48 cm und 30 Cs Atom-Magnetometer. Die Magnetometer haben Skalar- und Vektor-Messmöglichkeiten und sind innerhalb des zentralen Vakuumvolumens zusammen mit der Neutronenfalle und einer 200-kV-Spannungsversorgung installiert. Eine Skizze des innersten Teils ist in Abb. 2 dargestellt. Ultra-niedrig-Feld-NMR-Experimente jeglicher Art können in dieser Umgebung mit Neutronen und polarisierten Dämpfen oder Gasen (z. B. 199Hg, 3He, 129Xe, Cs, Rb, K) durchgeführt werden.

Instrumentverantwortlicher

Prof. Dr. Peter Fierlinger

Telefon: +49 (0)89 35831-7131
E-Mail:

Betreiber

TUM

Weitere Information

Publikationen

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impulse.mlz-garching.de

Citation of the instrument

Heinz Maier-Leibnitz Zentrum. (2015). EDM: Neutron electric dipole moment measurement. Journal of large-scale research facilities, 1, A45. http://dx.doi.org/10.17815/jlsrf-1-47

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Galerie

EDM
EDM
© A. Eckert, Photographie
EDM Vakuumkammer
EDM Vakuumkammer

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