Development and optimisation of a ultracold neutron polarising system in the framework of a new measurement of the neutron electric dipole moment

• Auteur / Autrice : Edgard Pierre
• Direction : Oscar Naviliat-Cunic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Constituants élémentaires et physique théorique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spin

Moments dipolaires

Neutrons ultrafroids

Neutrons -- Polarisation

Mots clés libres

Mesure de précision

Résumé

Le travail réalisé dans ce mémoire de thèse s'inscrit dans le cadre d'une expérience effectuée à l'institut Paul Scherrer (PSI) et dédiée à la mesure du moment dipolaire électrique du neutron (nEDM). Une sensibilité de 10^-27 e. Cm est attendue à la fin 2013. La mesure est réalisée avec des neutrons ultra-froids (UCN) polarisés. Pour ce faire, de nouveaux systèmes de polarisation, de transport et d'inversion de spin ont été réalisés. Leur étude est présentée dans ce mémoire. Ils sont actuellement utilisés auprès de l'expérience. Grâce à des mesures de champs magnétiques effectuées sur le spectromètre, des simulations de champs réalisées avec les codes Radia et Maentouch, ainsi qu'à des simulations Monte-Carlo effectuées avec le code Geant4, l'efficacité du dispositif de polarisation a été calculée. L'efficacité mesurée en direct est de 88. 5+/-0. 3%, soit légèrement moins que la valeur attendue de 95%. Par ailleurs, la prise de données préliminaire effectuée en octobre 2011 a permis de déterminer certains des paramètres fondamentaux de l'expérience, tel les constantes de temps de remplissage, de stockage et de dépolarisation longitudinale du spectromètre. Ces paramètres sont encourageants pour la suite de l’expérience.

The work presented in this thesis has been performed within the framework of an experiment located at the Paul Scherrer Institut (PSI) and dedicated to the measurement of the neutron electric dipole moment (nEDM). The expected sensitivity is 10^-27 e. Cm at the end of 2013. The experiment requires a polarized ultracold neutron (UCN) beam. A new polarizing system, a spin transport device and a spin reversal system have been developped for this purpose. Their study is detailed in this thesis. These systems are currently installed on the experiment. Thanks to magnetic field mappings done on the spectrometer, to magnetic field simulations using the Radia and Maentouch programs and also to Monte-Carlo simulations using the Geant4 software, the efficiency of the device has been calculated. The measured efficiency is 88. 5+/-0. 3%, which is slightly less than the expected value of 95%. Furthermore, this preliminary data taken in October 2011 allows the determination of some fundamental parameters of the experiment such as the filling, storage and longitudinal depolarization time constants of the spectrometer. These parameters are promising for the continuation of the experiment.