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Le moment électrique dipolaire du neutron Dominique Rebreyend (LPSC Grenoble) Prospectives IN2P3-IRFU 2012 G1 G2 G3 G4.

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1 Le moment électrique dipolaire du neutron Dominique Rebreyend (LPSC Grenoble) Prospectives IN2P3-IRFU 2012 G1 G2 G3 G4

2 nEDM et symétries nEDM non nul implique brisure P et T + Théorème CPT  brisure CP P, T  +_+_  _+_+ d d Purcell and Ramsey, PR78(1950)807

3 Limite expérimentale 10  -e +e d n < 2.9 x e.cm (90% CL) (RAL-Sussex-ILL collaboration, 2006)

4 nEDM et le Modèle Standard ► ► Secteur électro-faible: la phase CKM Phase unique: d n nul aux 2 premiers ordre pert.   Hors d’atteinte pour la prochaine génération d’expériences   Signal non nul = nouvelle physique ► ► QCD: la phase  d n ~ e.cm d n ≈  x e.cm   < (strong CP problem)

5 nEDM et les extensions du MS ► ► Nouvelles phases existent de façon générique  d n naturellement « grand » ► ► Échelle de masse accessible: En se basant sur des arguments d’analyse dimensionnelle: M = échelle de masse nouvelle physique,  CP = phase CPV Pour d n < e.cm:   sin(φ CP ) ~ 1  M NP > 3000 GeV   M NP ~ 300 GeV  sin(φ CP ) < d n ~ e.cm

6 Baryogénèse MSSM : EDM/LHC Cirigliano, Li, Profumo, Ramsey-Musolf Baryogénèse MSSM fortement contrainte… voire «exclue» suivant secteur Higgs (  LHC) Calcul à 2 boucles prenant en compte la densité relique de neutralinos M1= masse bino,  = parametre de masse Higgsino-Higgs

7 La technique expérimentale EE H = -2 ( n.B + d n.E)  f L ( - ) = 4 d n E / h f L =  n B/h f L ( ) = (  n B + d n E)/h f L ( ) = ( n B - d n E)/h BB B UCN (Ultra Cold Neutron) stockés dans un volume avec champs magnétique et électrique parallèles ou anti-paral.

8 The Ramsey method of separated oscillatory fields t ~ 2s Free preces sion... Apply  /2 spin flip pulse... “Spin up” neutro n... Second  /2 spin flip pulse. T ~ 100s Ramsey cycle

9 Le projet nEDM à PSI Source UCN ( 50 UCN. cm -3 )

10 Le projet nEDM à PSI ► ► Collaboration européenne ~50 personnes (25 permanents)/ 13 instituts ► ► Programme en 3 phases:   : R&D spectro RAL-Sussex-ILL   : ► ► Prise de données à PSI (2012  ) avec spectro RAL-Sussex amélioré Objectif: 5x e.cm ► ► Développement nouveau spectromètre n2EDM   : prise de données avec n2EDM Objectif: 5x e.cm

11 Le contexte international (nEDMs) Projet Objectif (en e.cm ) Résultat en… ~ 5 x ~ 5 x x x x ~ 3 x ~ 1 x x projets d (BNL), muon (JPARC), atomes, molecules

12 Demandes nEDM (phase 3) ► ► Équipe ( ≈ 3 ETP + 1 thésard*, ~ 20 % de la collaboration) :   LPC Caen: Gilles Ban, Thomas Lefort, Yves Lemière, Oscar Naviliat-Cuncic, Gilles Quéméner   LPSC Grenoble : Guillaume Pignol, Dominique Rebreyend ► ► Budget (période )   Demande IN2P3: 300 k€ (fonctionnement+séjour)   Demande ANR: 700 k€ (équipement)  Contribution ~ 20 % du budget global ► ► Personnels:   2 postes CR2 * Depuis le début du projet, 3 thèses ont été soutenues.

13 Back-up slides

14 Contributions IN2P3 ► Physique:  Calculs champ magnétique (bobines/blindage)  Magnétométrie Hg  Groupe analyse France ► Technique  Détecteur UCN Nanosc  Module DAQ  Source courant stable (10 -6 )

15 also at: 1 Paul Scherrer Institut, 2 PNPI Gatchina, 3 Eidgenössische Technische Hochschule, 4 KEK The Neutron EDM Collaboration M. Burghoff, A. Schnabel, J. Vogt G. Ban, V. Helaine 1, Th. Lefort, Y. Lemiere, O. Naviliat-Cuncic, E. Pierre 1, G. Quéméner K. Bodek, St. Kistryn, G. Wyszynski 3, J. Zejma A. Kozela N. Khomutov Z. Grujic, M. Kasprzak, P. Knowles, H.C. Koch, A. Weis G. Pignol, D. Rebreyend S. Afach, G. Bison J. Becker, N. Severijns, R. Chankova S. Roccia C. Plonka-Spehr, J. Zenner 1 W. Heil, A. Kraft, T. Lauer, D. Neumann, Yu. Sobolev 2 Z. Chowdhuri, M. Daum, M. Fertl 3, B. Franke 3, M. Horras 3, B. Lauss, J. Krempel, K. Mishima 4, A. Mtchedlishvili, PSW, G. Zsigmond K. Kirch 1, F. Piegsa, D. Ries Physikalisch Technische Bundesanstalt, Berlin Laboratoire de Physique Corpusculaire, Caen Institute of Physics, Jagiellonian University, Cracow Henryk Niedwodniczanski Inst. Of Nucl. Physics, Cracow Joint Institute of Nuclear Reasearch, Dubna Département de physique, Université de Fribourg, Fribourg Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, Grenoble Biomagnetisches Zentrum, Jena Katholieke Universiteit, Leuven Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse, Orsay Inst. für Kernchemie, Johannes-Gutenberg-Universität, Mainz Inst. für Physik, Johannes-Gutenberg-Universität, Mainz Paul Scherrer Institut, Villigen Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich

16 pulsed 1.3 MW p-beam 600 MeV, 2.4 mA, 1% duty cycle spallation target (Pb/Zr) (~ 8 neutrons/proton) heavy water moderator → thermal neutrons 3.6m 3 D 2 O cold UCN-converter ~30 dm 3 solid D 2 at 5 K tank 7 m DLC coated UCN storage vessel height 2.5 m, ~ 2 m 3 Sketch of the PSI UCN source UCN guides towards experimental areas 8.6m(S) / 6.9m(W) SV-shutter cryo-pump

17 n2EDM General concept - simultaneous measurement in 2 precession chambers - laser based Hg co- magnetometer - 3 He magnetometers - multiple Cs magnetometers for He readout and gradients - UCN chamber position at PSI UCN beam height EEEE

18 - movable 5 layer cubic shielding (started design discussion with companies) - active vibration compensation n2EDM General concept

19 n2EDM staging area with new thermohouse

20 Various EDM limits EDM projects (non exhaustive list) 1.05 x x YbF molecule


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