Suche nach dem Elektrischen Dipolmoment des Neutrons

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Fierlinger
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 329870013

Die Suche nach elektrischen Dipolmomenten (EDM) gehört zu den wichtigsten Suchen nach Physik jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik (SM). Ein EDM ist eine Eigenschaft eines fundamentalen Systems, welche im SM verboten ist, aber in sehr vielen Modellen für Physik jenseits des Standardmodells auftritt. Mit einer Energieauflösung von 10-22 eV gehören EDM Experimente zu den genauesten Messungen der Physik. Aufgrund seiner vergleichsweise einfachen Zusammensetzung gehört das EDM des Neutrons zu den prominentesten Systemen in dieser Kategorie und hat bereits sehr viele mögliche Modelle neuer Physik ausgeschlossen. Wir versuchen mit unserem neuen Experiment eine signifikante Verbesserung der Sensitivität gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen.Im Schwerpunktprogramm zum Thema langsame Neutronen haben wir bereits einen Apparat zur Messung des EDMs des Neutrons mit verbesserter Sensitivität gebaut. Der Apparat ist der erste seiner Art und erlaubt eine bislang einzigartige Kontrolle systematischer Effekte. Der Apparat ist modular aufgebaut und kann transportiert werden, was insbesondere auch wegen der langen Verzögerung der UCN Quelle am FRM sinnvoll ist.Im Frühjahr 2016 wurde eine internationale Ausschreibung zur Nutzung der neuen erweiterten UCN Quelle am Institut Laue-Langevin (ILL) durch ein Flagschiff-Experiment durchgeführt. Dabei wurde unser Experiment in einem Wettbewerb ausgewählt. Für uns eröffnet das eine einzigartige Möglichkeit, durch die Kombination eines einzigartigen Apparats mit der stärksten Quelle für UCN eine sehr wettbewerbsfähige Messung durchzuführen. Unser Ziel im Rahmen dieses Proposals ist es, eine Sensitivität von wenigen 10-27 ecm zu erreichen, eine Verbesserung um mehr als eine Größenordnung.Unser Plan ist es, die Investitionen des SPP Programms möglichst effizient zu nutzen. Dafür möchten wir (i) den Apparat an die UCN Quelle am ILL anpassen; (ii) einen Teil des Apparats am ILL aufzubauen; (iii) den Apparat vor Ort zu charakterisieren und EDM Messungen durchzuführen. (iv) Begleitend zu den Messungen am ILL planen wir, an der TUM mit dem äußeren Magnetshield weitere Entwicklungsarbeiten, Vorbereitungen fürs ILL und Ausbildung- und Trainingsarbeiten durchzuführen. Diese Möglichkeit ist sehr wichtig, deshalb haben wir einige klar definierte Ziele aufgelistet, die wir in Zusammenarbeit mit der PTB erarbeiten möchten.Die PTB wird dazu auch einen Antrag im Laufe dieser Woche einreichen.Wir sind uns im Klaren, dass die EDM Messungen in diesem Projekt nicht abgeschlossen werden können, wir sind aber zuversichtlich, dass wir eine sehr wettbewerbsfähige Messung durchführen können. In unserer Langzeitstrategie, die auf dieses Projekt aufbaut, ist auch eine Option für massive Hardware-upgrades vorgesehen, die vom Rutherford Lab in England bearbeitet wird. Durch solche Optionen sind sowohl Arbeiten und EDM Messungen am ILL als auch an der TUM längerfristig möglich.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen