UCNによるラムゼー共鳴の 観測 (6) - kek

UCNによるラムゼー共鳴の
観測 (6)
阪大RCNP 松宮 亮平
増田康博、川崎真介、鄭淳讃、渡邊裕 (KEK)
畑中吉治 (RCNP)
松多健策、三原基嗣、森田祐介 (阪大理)
J. Martin, C. Bidinosti (Univ. of Winnipeg)
C. Davis, L. Lee, D. Ramsay, T. Dawson, W. van Oers,
E. Korkmaz, A. Miller, A. Konaka (TRIUMF)
2013/3/27 (27pHB)
13年3月27日水曜日
spin
+
dn
-
EDM
Charge shift
by CP violation
EDM upper limit
|dn|< 2.9×10-26 e cm
(90% CL)
C. A. Baker et al. (2006)
13年3月27日水曜日
n EDM upper limit [e cm] 中性子電気双極子モーメント
Electric Dipole Moment (EDM)
cm
10-19
10-20
10-21
cold n beam
10-22
10-23
10-24
UCN
10-25
10-26
10-27
SUSY
1950 60
70
80
90 2000 year
ラムゼー共鳴法
n spin s
位相
0tc RF
1stω
π/2
RF
パルス
ωtc RF 位相
2nd π/2 RFパルス
ωo = 2μnHo ± 2dnE
tc : precession time
Ho E
1μT 10 kV/cm
ωo t c
歳差運動の位相
(ω-ωo)tc
Pncos(ω-ωo)tc
EDM cell
13年3月27日水曜日
静電場E 反転
RF 周波数 ω
Frequency shift :
Δf = 4dnE/h
Ramsey resonance with UCN source
Spherical coil
π/2 RF coil
EDM cell
Door valve
Polarizer/analyzer
Spin
UCN filling
precession
polarized
analyzed
Rotary valve
UCN
detection
UCN detector
13年3月27日水曜日
UCN valve
Ramsey resonance
t
visibility α =
(Nmax – Nmin)/ (Nmax + Nmin) = 0.9
-4π
-π π
5π
-3π
3π
13年3月27日水曜日
-2π 0
t
two coherent RF pulses
µ
(ω-ωo)tc = -5π
tc=
100ms
2π
4π
横緩和時間 T2
α= exp(-Tc/T2)
!"#"$"%"&'(
!#&"
!#%"
!#$"
T2 = 50 sec
!"
!"
'!"
$!"
&)*#+(
13年3月27日水曜日
(!"
%!"
Ramsey resonance
H = μ・H0 + dn・E
Spin flipper !
Frequency shift : Δf = 4dnE/h
13年3月27日水曜日
€
EDM Statistical error
α: visibility (polarization)

σd =
2αEt c N
E : 静電場
tc : Precession time
N : UCN数
α= 0.83 (RCNP, SC polarizer) E = 10kV/cm (ILL) tc = 130 s (ILL) ←静電場Eの導入
←緩和時間T2の改善 = H0の改善
N = 7×107 pol.UCN/day (RCNP, 10uA p-beam)
σd = 3.6×10-26 e cm/day , 3.7×10-27 e cm/y (90daysMT)
@RCNP 10uA p-beam
13年3月27日水曜日
静磁場B0の改善
B0 : z軸 方向の磁場分布
δBz/B0~0.2%
EDM cell
dBz/dz = 25 [nT/m] 2重磁気シールド
1/T2 = (γ
δBz)2
λ/vucn
δBz ∼ 4 nT (dBz/dz= 25 nT/m)
λ = 4V/S ∼ 12 cm
目標 : dBz/dz = 0.1 [nT/m] 4重磁気シールド
13年3月27日水曜日
T2 >> 1000 sec
4重磁気シールド
Field simulation(OPERA-3D)
Inlet for HV lead
4重
Multi-layer suppression
2重
4重磁気シールド
suppress ambient field to
Bz = 0.7 nT and dBz/dz = 2.9 nT/m
Inlet for UCN etc
Geomagnetic
field
13年3月27日水曜日
内部トリムコイルで
1 nT/m 以下にできる
Compensation of ambient field
EDM cell
磁場分布 (2mサイズ)
Geomagnetic field
4m size
Bz=0.0004 nT, dBz/dz=0.07 nT/m
(4 m compensation coil)
Bz < 0.1 nT, dBz/dz=0.1 nT/m
内部トリムコイルと組み合わせ
て達成可能 (R&D 2013)
13年3月27日水曜日
2m size
静電場Eの導入
準備完了
HV polarity selector
デザイン中
2013年
完成
UCN Vac.
129Xe
13年3月27日水曜日
静電場Eの均一度
transverse Er
E field
strong field
13年3月27日水曜日
まとめと今後の予定
ラムゼー共鳴の観測 (Tc = 30 sec)
縦緩和時間 T1 > 1000 sec
横緩和時間 T2 = 50 sec
静磁場H0の改善 → T2を長くする (R&D 2013)
1. 4重磁気シールド
2. Compensation coil
静電場Eの導入 (R&D 2013)
nEDM測定
1. 新UCN源稼動 (2013)
2. 高精度測定(2014-2015)
13年3月27日水曜日
σd = 3.6×10-26 e cm/day ,
3.7×10-27 e cm/y (90daysMT)
@RCNP 10uA p-beam
Backup slides
13年3月27日水曜日
UCN storage time τ
Storing time
13年3月27日水曜日
UCN counts
at a proton current of 1 µA
UCN storage time in EDM cell
τ = 119.5±1.4 s
Cu with DLC + silica
π/2 RF coil
τ = 24.7±0.9 s
Cu + silica
13年3月27日水曜日
τ = 75.8±2.3 s
Cu + silica
EDM cell
alkali cleaning
Polarization check by Spin flipper
Spin flipper off
on
13年3月27日水曜日
縦緩和時間 T1
H0 = 2uT
T1 = 250 sec
13年3月27日水曜日
longitudinal relaxation time T1
13年3月27日水曜日
初期偏極P
P = 50∼60 %
13年3月27日水曜日
UCN NMR in EDM cell
t t
two coherent RF pulses
UCN counts after analyzer
at a proton current of 1µA
400
300
200
100
0
480
520
560
600
Frequency (Hz)
13年3月27日水曜日
640
680
720
UCN spin rotation by γH1t
t t
two coherent RF pulses
UCN counts after analyzer
at a proton current of 1µA
400
300
γH1t
200
= π
γH1t
= π/2
100
0
0
1
2
3
H1 (RF voltage) (Vpp)
13年3月27日水曜日
4
5
30sec Ramsey
Resonance
Ttcc==
100ms
30
sec
t
t
two coherent RF pulses
UCN counts /proton current (1/uA)
200
Tc = 30 sec, Trf = 1 sec
160
120
80
120
40
0
57.3
13年3月27日水曜日
160
H0 = 2 uT
80
40
58.05
57.5
57.7
57.9
58.1
58.3
Frequency (Hz)
58.07
58.5
58.09
58.11
58.7
58.13
58.15
58.9
58.17
58.19
ラムゼー共鳴
!"#$%&'()*+',$
%!!"
$#!"
$!!"
#!"
!"
H0 = 2 uT
Tc = 30 sec, Trf = 1 sec
-./0'/(%12345$
Visibility α = (Nmax – Nmin)/ (Nmax + Nmin) = 0.36
13年3月27日水曜日
SC polarizer
to improve Polarization
up to 95% for 2014-2015
RCNP exp.
3.5T
3.5T
210 neV
[email protected] on axis
need magnetic survey to reduce fringe field
compensation coil
13年3月27日水曜日
HTS
Spin flipper
for Inverted Ramsey spectrum
RF transition through
AFP method
AFP method
Flipping efficiency (95%) -> 99%
Reducing transverse field by increasing B
13年3月27日水曜日
inch by inch development necessary
to improve exp.
RF coils
Helmholz coils
Spherical coil
RF coil
homogeneity
RF field
±2 x
10-2
-3
10
to improve visibility
13年3月27日水曜日
1/10 scale model
of Compensation coil
Geomagnetic field
coil spacing
3 axes – flux gate sensor
13年3月27日水曜日
removal of magnetic material
Magnetic dipoles < 1 nT @surface
effect 6 x 10-27 ecm @ ILL
< 0.1 nT @surface
effect 6 x 10-28 ecm
Present valve system
RENY bolts
UCN door valve
NW25(SUS316)
Bulk metallic material should be
Removed to reduce Johnson noise
13年3月27日水曜日
by Ti bolts
joint
rod
Valve mechanism
should avoid SUS316
HV break down for 10 kV/cm
with
129Xe
gas
Our data
PLA376(2012)1347
10kV/cm
3 mTorr @ 10 cm Gap
5 mTorr @ 1 cm Gap
HV breakdown test @RCNP and TRIUMF
13年3月27日水曜日
13年3月27日水曜日