Suche nach dem elektrischen Dipolmoment des Neutrons mit dem PanEDM Experiment - Fortsetzungsantrag

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Fierlinger
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495942900

Das PanEDM Experiment hat zum Ziel, in seiner ersten Phase das elektrische Dipolmoment des Neutrons mit einer Sensitivität von dn = 2x10-27 ecm zu messen, als exklusiver Nutzer der SuperSUN Quelle für ultrakalte Neutronen (UCN) am Institut Laue-Langevin in Grenoble. In einem vorhergehenden von der DFG finanzierten Projekt wurde das Experiment am ILL an der Strahlposition aufgebaut, auf die spezifischen Anforderungen vor Ort angepasst und wieder in Betrieb genommen. Die Installation der UCN Quelle steht nun nahe vor ihrer Fertigstellung und ist an ihrer endgültigen Position am Strahl bereits kryogenisch gestestet worden. Voraussichtlich im dritten Strahlzyklus 2021 des Reaktors am ILL sollten erste UCN produziert werden. Während PanEDM eine Sensitivität signifikant jenseits von 10-27 ecm anstrebt, fokussiert dieser Antrag auf die erste Phase des Experiments. Zur Messung wird der Apparat verwendet, der im Laufe des letzten Jahrzehnts aufgebaut wurde. Der Apparat basiert auf Ramsey’s Methode separierter oszillierender Felder, die auf zwei UCN Speicherkammern bei Raumtemperatur gleichzeitig angewandt wird. Die UCN Quelle wird im Laufe des Projekts kontinuierlich verbessert werden, um letztendlich direkt polarisierte UCN ans Experiment zu liefern, womit auch die Zahl der UCN massiv erhöht wird. Deshalb muss auch der PanEDM Apparat kontinuierlich an verbessert werden. In den Pausen zwischen den Reaktorzyklen werden deshalb neue oder verbesserte Komponenten implementiert und getestet, die Zyklen selbst werden genutzt um EDM Messungen und Charakterisierungsmessungen durchzuführen. Unser Projekt beinhaltet Verbesserungen der Charakterisierungen der Magnetfelder, um sicherzustellen, dass die Entscheidung vollständig gerechtfertigt ist, zumindest in der ersten Phase des Experiments ohne Co-Magnetometer zu arbeiten. Dabei werden sowohl Feldkarten im Apparat erstellt um kleine geometrische Phasen zu garantieren, als auch die Magnetometrie verbessert und erweitert. Zusätzlich kommissionieren wir den PanEDM Apparat mit UCN und bringen die Hochspannungsversorgung ein, nachdem der für die Quellen-installation reservierte Experimentierbereich verfügbar ist. Auch werden die eigentlichen EDM Messungen und die Datenanalyse als Teil des Projekts ausgeführt. Auch neue Oberflächen zur UCN Speicherung und zum UCN Transport werden für die weitere Verbesserung von PanEDM entwickelt und implementiert, etwa Flouropolymer-Beschichtungen, aber auch speziell für ein schnelleres UCN Spektrum optimierte Materialien. Zudem wird die Finanzierung eines supraleitenden Polarisationsanalysators erbeten, der wesentliche Verbesserungen im Nachweis polarisierter UCN ermöglicht und essenziell für das härtere UCN Spektrum der SuperSUN Quelle mit magnetischer Speicherung ist. Unser Projekt sichert zudem die Ausbildung von Studenten in diesem Forschungsgebiet an der TUM, gerade da die UCN Quelle lokal am FRM-II noch für längere Zeit nicht verfügbar sein wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen