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M. Pieler:
"UCN Detection System for the PanEDM Experiment";
Supervisor: G. Badurek, P. Fierlinger, H. Filter; Atominstitut; TU München, 2021; final examination: 2021-11-25.

The baryon asymmetry observed in the universe can not be explained by the current Standard Model (SM) of particle physics. An electric dipole moment of the neutron (nEDM, d_n) could (partially) explain the abundance of matter and would be physics beyond the SM. The PanEDM collaboration prepares an nEDM measurement, aiming for a sensitivity better than d_n < 7.9 x 10⁻²⁸ ecm. The Ramsey spectroscopy method of separated oscillating fields will be employed on ultra cold neutrons (UCN) stored in two chambers.

A high precision experiment, such as PanEDM, imposes stringent requirements on detectors used. Namely, the detection efficiency, the background and the detection bandwidth. To quantify these requirements the measurement method of PanEDM and its sensitivity to detection errors are analyzed. With these requirements in mind the hardware of an existing detection system of four "Cascade" detectors (CASCADE-U
1D-100 detection system) is fundamentally improved. The thesis concludes with the discussion of the suitability of the improved system for the PanEDM experiment in relation to the criteria. Except of the requirement for the detection efficiency all criteria are met. A solution to improve the detection efficiency is proposed.

Die bestehende Barionen Asymmetrie im heutigen Universum kann nicht durch das Standard Modell der Teilchenphysik (SM) erklärt werden. Ein elektrisches Dipolmoment des Neutrons (nEDM, d_n) könnte (teilweise) die Asymmetrie erklären und Physik über das SM hinaus bedeuten. Die PanEDM Kollaboration bereitet ein Experiment vor, um das nEDM mit einer Sensitvität besser als d_n < 7.9 x 10⁻²⁸ ecm zu messen. Zur Messung wird die Ramsey Spektroskopie Methode der separierten oszillierenden Felder auf Ultrakalte Neutronen (UCN) angewandt, die in zwei Kammern gespeichert sind.

Ein ultrapräzises Experiment, wie PanEDM, hat strikte Anforderungen
an die Detektionseffizienz, den Hintergrund und die Detektionsbandbreite des verwendeten Detektionssystems. Um diese Anforderungen zu quantifizieren, wird die Messmethode von PanEDM und ihre Sensitivität auf Detektionsfehler untersucht. Um den Anforderungen zu genügen, wird die Hardware eines aus vier "Cascade" Detektoren (CASCADE-U 1D-100) bestehenden Detektionssystem verbessert. Die Arbeit endet mit einer Analyse, ob das verbesserte Detektionssystem für das PanEDM Experiment tatsächlich geeignet ist. Bis auf die Detektionseffizienz werden alle geforderten Kriterien erfüllt sein. Es wird ein Vorschlag zur Erhöhung der Detektionseffizienz unterbreitet.

Elektrisches Dipolmoment des Neutrons / Ultra-kalte Neutronen; Electric dipole moment of the neutron / Ultra-cold neutrons

http://dx.doi.org/10.34726/hss.2021.67921