Authors:	Gemmel, Claudia
Title:	Test of Lorentz symmetry with a 3 He,129 Xe clock-comparison experiment
Online publication date:	1-Feb-2011
Year of first publication:	2011
Language:	english
Abstract:	In case of violation of CPT- and Lorentz Symmetry, the minimal Standard Model Extension (SME) of Kostelecky and coworkers predicts sidereal modulations of atomic transition frequencies as the Earth rotates relative to a Lorentz-violating background field. One method to search for these modulations is the so-called clock-comparison experiment, where the frequencies of co- located clocks are compared as they rotate with respect to the fixed stars. In this work an experiment is presented where polarized 3He and 129Xe gas samples in a glass cell serve as clocks, whose nuclear spin precession frequencies are detected with the help of highly sensitive SQUID sensors inside a magnetically shielded room. The unique feature of this experiment is the fact that the spins are precessing freely, with transverse relaxation times of up to 4.4 h for 129Xe and 14.1 h for 3He. To be sensitive to Lorentz-violating effects, the influence of external magnetic fields is canceled via the weighted difference of the 3He and 129Xe frequencies or phases. The Lorentz-violating SME parameters for the neutron are determined out of a fit on the phase difference data of 7 spin precession measurements of 12 to 16 hours length. The result of the fit gives an upper limit for the equatorial component of the neutron parameter b_n of 3.7×10^(−32) GeV at the 95% confidence level. This value is not limited by the signal-to-noise ratio, but by the strong correlations between the fit parameters. To reduce the correlations and therewith improve the sensitivity of future experiments, it will be necessary to change the time structure of the weighted phase difference, which can be realized by increasing the 129Xe relaxation time. Im Falle einer Verletzung der CPT- und Lorentzsymmetrie prognostiziert die minimale Standard Modell Erweiterung (SME) von Kostelecky und Mitarbeitern siderische Modulationen von atomaren Übergangsfrequenzen aufgrund der Drehung der Erde relativ zu einem Lorentz-verletzenden Hintergrundfeld. Eine Methode zur Suche nach diesen Modulationen ist das so genannte Uhrenvergleichsexperiment, bei dem die Frequenzen zweier Uhren verglichen werden, die sich relativ zum Fixsternhimmel bewegen. In dieser Arbeit wird ein Experiment vorgestellt, bei dem polarisierte Proben von 3He- und 129Xe-Gas in einer Glaszelle als Uhren fungieren, deren Kernspinpräzessions-Frequenzen mit Hilfe von hochempfindlichen SQUID-Sensoren detektiert werden. Die Besonderheit dieses Experimentes ist die Tatsache, dass die Spins frei präzedieren, mit transversalen Relaxationszeiten von bis zu 4.4 h für 129Xe und 14.1 h für 3He. Um auf Lorentz-verletzende Effekte empfindlich zu sein, wird der Einfluss von äußeren Magnetfeldern aufgehoben durch Bildung der gewichteten Differenz der 3He- und 129Xe-Frequenzen bzw. Phasen. Die Lorentz-verletzenden SME-Parameter des Neutrons werden aus einem Fit an die Phasendifferenz-Daten von 7 Spinpräzessions-Messungen mit einer Länge von 12 bis 16 Stunden ermittelt. Aus dem Fitergebnis ergibt sich eine obere Grenze für die Äquatorialkomponente des Neutronparameters b_n von 3.7×10^(−32) GeV, bei einem Konfidenzniveau von 95%. Dieser Wert ist nicht durch das Signal-Rausch-Verhältnis limitiert, sondern durch die starken Korrelationen zwischen den Fitparametern. Um die Korrelationen zu reduzieren und damit die Sensitivität von zukünftigen Experimenten zu erhöhen, muss die Zeitstruktur der gewichteten Phasendifferenz geändert werden, was durch eine Erhöhung der 129Xe Relaxationszeit realisiert werden kann.
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-3279
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-26543
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	117 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen