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Measurement of Neutrino and Proton Asymmetry in the Decay of polarized Neutrons

Schumann, Marc

German Title: Messung der Neutrino- und Proton-Asymmetrie im Zerfall polarisierter Neutronen

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Abstract

The Standard Model of Particle Physics is in excellent agreement with all experimental results. However, it is not believed to be the most fundamental theory. It requires, for example, too many free parameters and is not able to explain the existence of effects such as parity-violation or CP-violation. Thus measurements have to be performed to probe the Standard Model and to search for "new physics". An ideal laboratory for this is the decay of the free polarized neutron. In this thesis, we present measurements of the neutrino asymmetry B and the proton asymmetry C in neutron decay. These coefficients describe the correlation between neutron spin and momentum of the respective particle, and provide detailed information on the structure of the underlying theory. The experiment was performed using the electron spectrometer PERKEO II installed at the Institut Laue-Langevin (ILL). It was equipped with a combined electron-proton detector to reconstruct the neutrino in a coincidence measurement. The uncertainty of our neutrino asymmetry result, B=0.9802(50), is comparable to the present best measurement, and, for the first time ever, we obtained a precise value for the proton asymmetry, C = -0.2377(36). Both results are used to analyze neutron decay for hints on "Physics beyond the Standard Model" by studying possible admixtures of right-handed currents and of scalar and tensor couplings to the interaction.

Translation of abstract (German)

Das Standarmodell der Teilchenphysik liefert eine hervorragende Beschreibung für alle experimentellen Beobachtungen. Dennoch geht man davon aus, dass es nicht die fundamentale Theorie der Teilchenphysik ist, unter anderem da es sehr viele freie Parameter benötigt und keine Begründung für Phänomene wie etwa Paritäts- oder CP-Verletzung liefert. Daher wird es ständig experimentellen Tests unterzogen, in denen auch nach "Physik jenseits des Standardmodells" gesucht wird. Hierzu bietet der Zerfall freier, polarisierter Neutronen ideale Rahmenbedingungen. In dieser Arbeit wird eine Messung der Neutrino-Asymmetrie B und der Proton-Asymmetrie C im Neutronenzerfall vorgestellt. Diese beschreiben Korrelationen zwischen dem Neutronenspin und dem Impuls des jeweiligen Teilchens und können präzise Informationen über die Struktur der schwachen Wechselwirkung liefern. Das Experiment wurde mit dem Elektronen-Spektrometer PERKEO II am Institut Laue-Langevin (ILL) durchgeführt. Um das Neutrino aus einer koinzidenten Messung von Elektron und Proton zu rekonstruieren, wurde ein kombinierter Elektron-Proton-Detektor verwendet. Das Ergebnis der Neutrino-Asymmetrie B = 0.9802(50) hat eine Genauigkeit, die mit der bislang besten Messung vergleichbar ist. Weiterhin ist im Rahmen dieser Arbeit die erste Präzisionsmessung der Proton-Asymmetrie gelungen, das Resultat ist C = -0.2377(36). Beide Werte werden verwendet, um den Neutronenzerfall nach Hinweisen auf "neue Physik" zu untersuchen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf rechtshändigen Strömen und neuen Kopplungen.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Abele, Prof. Dr. Hartmut
Date of thesis defense: 9 May 2007
Date Deposited: 15 May 2007 10:56
Date: 2007
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
Controlled Keywords: Schwache Wechselwirkung, Neutronenphysik, Standardmodell <Elementarteilchenphysik>, Parität <Physik>
Uncontrolled Keywords: Neutronenzerfall , Winkelkorrelationskoeffizienten , Präzisionsmessungneutron decay , correlation coefficients , precision measurement
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