Authors:	Siemensen, Christian
Title:	Untersuchung der Ladung des Neutrons
Online publication date:	29-Sep-2015
Year of first publication:	2015
Language:	german
Abstract:	Die Quantisierung der elektrischen Ladung ist eine der größten Fragestellungen der Physik, die bis heute nicht verstanden ist. Im Standardmodell der Teilchenphysik ist sie beispielsweise nicht mathematisch inhärent erklärbar. Dadurch wäre es möglich, dass das Neutron eine winzige Ladung tragen kann. In dieser Arbeit wurde eine Apparatur auf Grundlage eines Vorgängerexperiments entwickelt, mit der eine Untersuchung der Ladung des Neutrons mit höchster Präzision durchgeführt werden kann. Dabei werden ultrakalte Neutronen in einem optischen System einem elektrischen Feld zwischen zwei Elektrodenplatten ausgesetzt. In der ersten Ladungsmessung mit dieser Apparatur konnte eine statistische Sensitivität von δq≈2,4∙10⁻²⁰ e/√d erreicht werden. Diese Sensitivität ist die höchste, die bisher mit ultrakalten Neutronen für eine Ladungsmessung erreicht werden konnte. In dieser Arbeit wurde das Konzept des Vorgängerexperiments grundlegend überarbeitet, um die Sensitivität der Apparatur zu erhöhen. Es wurden detaillierte Untersuchungen der Systematik der Apparatur durchgeführt und das theoretische Potential der Sensitivität von derzeit δq≈10⁻²¹ e/√d ermittelt. Mit dieser Apparatur wurde der Grundstein für die Messung einer neuen niedrigeren oberen Grenze der elektrischen Ladung des Neutrons gelegt. In nächster Zeit kann dadurch eine niedrigere obere Grenze für die Ladung des Neutrons von q≈10⁻²² e erzielt werden. The quantization of the electric charge is one of the biggest mysteries in physics and not understood until now. In the standard model of particle physics, it is however not mathematically inherent explainable. Thus, the neutron can carry a tiny charge. In this thesis an apparatus was designed to test the neutron electric charge with highest precision. It is based on a former experiment. Ultracold neutrons are exposed to an electric field between two electrodes in an optical system. The first charge measurement with this apparatus yielded a statistical sensitivity of δq≈2,4∙10⁻²⁰ e / √d. This sensitivity is the highest that could be achieved so far with ultracold neutrons for a charge measurement. In this work, the concept of the previous experiment was fundamentally revised in order to increase the sensitivity of the apparatus. Detailed studies of the setup revealed its theoretical sensitivity of currently δq≈10⁻²¹ e / √d. This apparatus is the basis for the measurement of a new lower upper limit of the electric charge of the neutron. In the near future, a lower upper limit for the charge of the neutron of q≈10⁻²² e can be achieved.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1260
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-41701
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Appears in collections:	JGU-Publikationen