1 / 42

Бета-распад нейтрона и Стандартная Модель

Бета-распад нейтрона и Стандартная Модель (измерение времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой ультрахолодных нейтронов). А.П. Серебров, ПИЯФ РАН. 12 мая 2005 года, Москва Марковские чтения. β -распад нейтрона, Стандартная Модель и космология

dunne
Download Presentation

Бета-распад нейтрона и Стандартная Модель

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Бета-распад нейтрона и Стандартная Модель (измерение времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой ультрахолодных нейтронов) А.П. Серебров, ПИЯФ РАН 12 мая 2005 года, Москва Марковские чтения

  2. β-распад нейтрона, Стандартная Модель и космология • Измерения времени жизни нейтрона, история, экспериментальные результаты • Измерение времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой ультрахолодных нейтронов • а) Измерения nна реакторе ВВР-М, Гатчина • б) Изучение проблемы аномальных потерь УХН • в) Измерение nна высокопоточном реакторе ILL, Гренобль • Анализ новых результатов (Стандартная Модель и космология) • Перспективы исследований – увеличение точности измерений времени жизни нейтрона и асимметрий β-распада нейтрона

  3. β-распад нейтрона и Стандартная Модель Kobayashi-Maskawa mixing matrix:

  4. β-распад нейтрона и Стандартная Модель (статус в 2003)

  5. β-распад нейтрона и космология

  6. Измерения времени жизни нейтрона, история, экспериментальные результаты n=6.5

  7. Методы измерения времени жизни нейтрона (пучковый, хранение УХН)

  8. Прецизионные измерения времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой ультрахолодных нейтронов (оценка возможностей метода) n – number of collisions for solid oxygen much better! Neutron lifetime could be measured directly: corrections for losses are much less than 1 s.

  9. Прецизионные измерения времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой ультрахолодных нейтронов (первый результат эксперимента с гравитационной ловушкой УХН, бериллиевое покрытие, покрытие из твердого кислорода) • Parameters of universal cold neutron source: • 6 liters of liquid Н2 • heat release 2 кW • record flux of polarized • cold neutrons • fc=1.8109n/(scm2) • Ф = 91010 n/s • UCN~ 10 n/cm3 n = 888.43.11.1 s (PNPI-JINR) = GA/GV = -1.25940.0038 B = 0.98940.0083 (PNPI) B = 0.98210.0040 (PNPI-ILL) (PNPI-IAE)

  10. (первый результат эксперимента с гравитационной ловушкой УХН, бериллиевое покрытие, покрытие из твердого кислорода) Probability of anomalous losses Preliminary result with wide trap and solid oxygen coating: n=872 ± 8 c n=888.4±3.1±1.1 с Температурная зависимость фактора потерь УХН для различных бериллиевых ловушек: 1 – сферическая, напыленная бериллием ловушка, необезгаженная; 2 – цилиндрическая, напыленная бериллием ловушка, обезгаженная (5 часов при 250ºC); 3 – цельнометаллическая бериллиевая ловушка, обезгаженная (8 часов при 300ºC); 4 – сферическая, напыленная бериллием ловушка, обезгаженная (28 часов при 350ºC с протоком He и D2); 5– теоретическая температурная зависимость, вычисленная в рамках Дебаевской модели. Результаты измерений как функция расчетного параметра . 1(Be) – экстраполяция к времени жизни нейтрона по данным для ловушек с бериллиевым покрытием, 2(O2) – экстраполяция к времени жизни нейтрона по данным для ловушек с кислородным покрытием и бериллиевым подслоем. ○ – результаты измерений для сферической ловушки, ● – результаты измерений для цилиндрической ловушки.

  11. Исследование проблемы аномальных потерь УХН, обнаружение явления деполяризации УХН, квазиупругое рассеяние УХН Energy dependence of anomalous losses UCN depolarization Quasielastic scatteringon the surface of fomblin-oil

  12. Прецизионные измерения времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой ультрахолодных нейтронов (продолжение эксперимента в Гренобле, покрытие из низкотемпературного масла) Setup for the measurement of n-lifetime at ILL (Grenoble, France)

  13. Схема экспериментальной установки с гравитационной ловушкой УХН 1 – neutron guide from UCN Turbine; 2 – UCN inlet valve; 3 – beam distribution flap valve; 4 – aluminium foil (now removed); 5 – “dirty” vacuum volume; 6 – “clean” (UHV) vacuum volume; 7 – cooling coils; 8 – UCN storage trap; 9 – cryostat; 10 – mechanics for trap rotation; 11 – stepping motor; 12 – UCN detector; 13 – detector shielding; 14 – evaporator

  14. Диаграмма измерений времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой УХН

  15. Измерение времени жизни нейтрона методом хранения УХН Total probability of UCN losses: Probability of losses in trap walls:

  16. Расчет эффективной частоты соударений УХН со стенками ловушки

  17. Схема распыления низкотемпературного масла на поверхность ловушки • The chemical formula of LTF contains only C, O and F. • Molecular weight - 2354 • Density at r.t. 1.825 g/ml • Vapour pressure at r.t. • 1.5*10-3 mbar • Fermi potential 102.8 neV • Calculation based on cold neutron transmission data predicts for LTF at 190K h=2*10-6( Yu.N.Pokotilovski, JETP 96, 2003) LTF evaporator is heated to +1400C Vacuum Trap surface is cooled to about -1500C

  18. Процесс подготовки покрытия к измерениям, подавление процесса квазиупругого рассеяния УХН на флуктуациях поверхности жидкого покрытия

  19. Экстраполяция времени хранения к времени жизни нейтрона • The result of joint size and energy extrapolation: • The result of energy extrapolation: • The result of size extrapolation:

  20. Экстраполяция к времени жизни нейтрона (энергетическая экстраполяция) • The result of energy extrapolation has rather strong dependence on m(E) function. • Statistical accuracy is poor due to small base of extrapolation.

  21. Экстраполяция к времени жизни нейтрона (размерная экстраполяция) Size extrapolation has rather weak dependence on (E) and we take it as the most reliable

  22. Монте-Карло модель эксперимента (моделирование процесса измерений) Probability of diffuse scattering of UCN on LTF coating is more than 10%

  23. Монте-Карло модель эксперимента (моделирование экстраполяции времени хранения УХН к времени жизни нейтрона) Systematic error of gamma calculation method is- 0.017 ± 0.236 s

  24. Изучение стабильности покрытия The uncoated part of surface (4.41.3)10-7

  25. Изучение влияния вакуума на результаты измерений • Influence of the residual gas to UCN losses was studied in additional experiments: • Method of worse vacuum • UCN storage time was measured at different vacuum conditions • (5*10-6 and 8*10-4 mbar ) Calculated correction for storage time is (0.4 ± 0.02)s and (pt)=9.5 mbar*s • Finally helium cryopump was installed close to UCN trap and measurements of UCN storage time were repeated (cryopump off and on)

  26. Окончательный результат для времени жизни нейтрона и ошибки измерений tn [s] = 878.5 ± 0.7stat ± 0.3syst

  27. Результат измерений времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой УХН и Стандартная Модель The new result is in agreement with Standard Model and with last result for A-asymmetry

  28. Результат измерений времени жизни нейтрона с гравитационной ловушкой УХН и космология

  29. Last result (Old result 882.6  2.7 s)

  30. The last most precise result n = 878.5  0.8 s (2004) PNPI, ILL, JINR

  31. Перспективы увеличения точности измерений времени жизни нейтрона и асимметрий β-распада нейтрона • Проект измерения времени жизни нейтрона с точностью n/n  0.310-3 (фактор увеличения точности 34 раза) • Проект измерения асимметрии А с точностью А/А  210-3 (фактор увеличения точности 3 раза)

  32. Проект эксперимента для измерения времени жизни нейтрона с точностью n/n  0.310-3 Монте-Карло модель Фактор увеличения статистической точности: 4.5 раза для широкой ловушки, 9 раз для широкой ловушки с перегородками.

  33. Проект эксперимента для измерения асимметрии А с точностью А/А  210-3 Vacuum chamber Superconducting solenoid

  34. Hm [ T ] H0 Схема эксперимента, магнитный коллиматор sin2θc = H0/Hm θc = 39 H0 = 0.35 T H0/H0 = 210-3 210 mm, L=2690 mm Hm = 0.87 T Hm/Hm = 210-3 150 mm, L=50 mm

  35. Основные соотношения, задачи для достижения точности А/А ~ 10-3 • 4 tasks: • determination of average cosθ (1210-4) • determination of electron energy (<10-3) • determination of neutron beam polarization (1210-3) • determination of experimental asymmetry X (ΔX/X <10-3)

  36. Создание высокопоточного пучка поляризованных холодных нейтронов и измерение поляризации с точностью 1.510-3

  37. Заключение о возможных перспективах прецизионных измерений β-распада нейтрона ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

More Related