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Measurement of the Proton Asymmetry (C) in free neutron β-decay with Perkeo III

Raffelt, Lukas Michael

German Title: Messung der Protonenasymmetrie (C) im Zerfall des freien Neutrons mit PERKEO-III

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Abstract

The decay of polarized neutrons can be used to search for Physics Beyond the Standard Model. The non-isotropic angular distributions of the decay particles are parity violating and reveal the true nature of the weak interaction. Many observables are available in the decay of polarized neutrons, but the decay itself is only described by three parameters, which allows searches for new physics in a combined analysis. Measurements of the electron angular correlation coefficient (A) can be used to precisely determine the ratio of the axial to the vector coupling constant. The proton angular correlation coefficient (C) has only been measured once by a predecessor of this experiment.

We measured the proton asymmetry with a similar proton detector, but employed a new measuring scheme allowing the collection of the worlds first data on the proton energy dependence of the proton asymmetry. At the current state of the analysis, a statistical uncertainty on the value of C of 0.8 % in each of the two detectors can be reached. For a final value, studies of systematic effects based on field simulations and tracking are still missing.

For this measurement I designed and constructed a new detector. For the first time the scintillator was coated with a transparent conductive coating and together with the new CAD milled light-guides in a four-side readout configuration the low energy performance of the detector could be increased. Several systematic effects have been studied, especially the Point Spread Function of the magnetic transport system.

Translation of abstract (German)

Der Zerfall polarisierter Neutronen kann zur Suche nach Physik, die über das Standard Modell der Teilchenphysik hinausgeht, eingesetzt werden. Die nicht isotrope Winkelverteilung der Zerfallsprodukte ist eine Folge der V-A Struktur der schwachen Wechselwirkung. Nur drei Parameter bestimmen die theoretische Beschreibung des Zerfalls. Dem gegenüber stehen viele verschiedene messbare Größen und Verteilungen. Die Elektronen Asymmetrie (A) wird zur besonders präzisen Bestimmung der relativen Stärke von Axialer- und Vektor-Kopplungskonstante benutzt.

Die Protonen Asymmetrie (C) wurde erstmalig von einem Vorgänger dieses Experiments gemessen. Mit einem neuen verbesserten, aber ähnlichen, Detektor haben wir eine Messung der Protonen Asymmetrie durchgeführt. Durch den Einsatz eines Systems von Retardierungselektroden konnte zum ersten Mal die Abhängigkeit der Protonenasymmetrie von der Protonenenergie bestimmt werden. Nach einer vorläufigen Analyse können wir eine Genauigkeit von etwa 0.8 % in jedem der zwei Detektoren erreichen. Für einen endgültigen Wert fehlen noch Untersuchungen einiger systematischer Effekte durch Simulation von Teilchenbahnen.

Für diese Messung habe ich einen neuen Detektor entworfen und konstruiert. Dieser ist mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen, die ein Auslesen des Szintillators von der Seite ermöglicht. Zusammen mit den neuen Lichtleitern, die erstmals von einer Fünf-Achs Fräse gefertigt wurden, zeigt der Detektor ein gutes Niederenergieverhalten. Mehrere systematische Korrekturen wurden berechnet, besonders solche die durch die kleine Größe des Detektors hervorgerufenen werden. Dazu wurde die Punktabbildungsfunktion des magnetischen Systems untersucht.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Schmidt, apl. Prof. Dr. Ulrich
Date of thesis defense: 19 October 2016
Date Deposited: 08 Nov 2016 08:48
Date: 2016
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
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