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Authors: Ayala Guardia, Fidel
Title: Characterization of electromagnetic fields in the aSPECT spectrometer and reduction of systematic errors
Online publication date: 24-Jan-2012
Language: english
Abstract: Das aSPECT Spektrometer wurde entworfen, um das Spektrum der Protonen beimrnZerfall freier Neutronen mit hoher Präzision zu messen. Aus diesem Spektrum kann dann der Elektron-Antineutrino Winkelkorrelationskoeffizient "a" mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Das Ziel dieses Experiments ist es, diesen Koeffizienten mit einem absoluten relativen Fehler von weniger als 0.3% zu ermitteln, d.h. deutlich unter dem aktuellen Literaturwert von 5%.rnrnErste Messungen mit dem aSPECT Spektrometer wurden an der Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in München durchgeführt. Jedoch verhinderten zeitabhängige Instabilitäten des Meßhintergrunds eine neue Bestimmung von "a".rnrnDie vorliegende Arbeit basiert hingegen auf den letzten Messungen mit dem aSPECTrnSpektrometer am Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble, Frankreich. Bei diesen Messungen konnten die Instabilitäten des Meßhintergrunds bereits deutlich reduziert werden. Weiterhin wurden verschiedene Veränderungen vorgenommen, um systematische Fehler zu minimieren und um einen zuverlässigeren Betrieb des Experiments sicherzustellen. Leider konnte aber wegen zu hohen Sättigungseffekten der Empfängerelektronik kein brauchbares Ergebnis gemessen werden. Trotzdem konnten diese und weitere systematische Fehler identifiziert und verringert, bzw. sogar teilweise eliminiert werden, wovon zukünftigernStrahlzeiten an aSPECT profitieren werden.rnrnDer wesentliche Teil der vorliegenden Arbeit befasst sich mit der Analyse und Verbesserung der systematischen Fehler, die durch das elektromagnetische Feld aSPECTs hervorgerufen werden. Hieraus ergaben sich vielerlei Verbesserungen, insbesondere konnten die systematischen Fehler durch das elektrische Feld verringert werden. Die durch das Magnetfeld verursachten Fehler konnten sogar soweit minimiert werden, dass nun eine Verbesserung des aktuellen Literaturwerts von "a" möglich ist. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit ein für den Versuch maßgeschneidertes NMR-Magnetometer entwickelt und soweit verbessert, dass nun Unsicherheiten bei der Charakterisierung des Magnetfeldes soweit reduziert wurden, dass sie für die Bestimmung von "a" mit einer Genauigkeit von mindestens 0.3% vernachlässigbar sind.
The aSPECT spectrometer has been designed to measure, with high precision, thernrecoil proton spectrum of the free neutron decay. From this spectrum, the electron antineutrino angular correlation coefficient "a" can be extracted with high accuracy. The goal of the experiment is to determine the coefficient "a" with a total relative error smaller than 0.3%, well below the current literature value of 5%. rnrnFirst measurements with the aSPECT spectrometer were performed in the Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz in Munich. However, time-dependent background instabilities prevented us from reporting a new value of "a". rnrnThe contents of this thesis are based on the latest measurements performed with the aSPECT spectrometer at the Institut Laue-Langevin (ILL) in Grenoble, France. In these measurements, background instabilities were considerably reduced. Furthermore, diverse modifications intended to minimize systematic errors and to achieve a more reliable setup were successfully performed . Unfortunately, saturation effects of the detector electronics turned out to be too high to determine a meaningful result. However, this and other systematics were identified and decreased, or even eliminated, for future aSPECT beamtimes.rnrnThe central part of this work is focused on the analysis and improvement of systematic errors related to the aSPECT electromagnetic fields. This work yielded in many improvements, particularly in the reduction of the systematic effects due to electric fields. The systematics related to the aSPECT magnetic field were also minimized and determined down to a level which permits to improve the present literature value of "a". Furthermore, a custom NMR-magnetometer was developed and improved during this thesis, which willrnlead to reduction of magnetic field-related uncertainties down to a negligible level to determine "a" with a total relative error of at least 0.3%.
DDC: 530 Physik
530 Physics
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-1291
URN: urn:nbn:de:hebis:77-30120
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 207 S.
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