Entwicklung eines Mehrkammer-(Ko)Magnetometers mit 199Hg für eine neue Messung des Neutron EDM

开发 199Hg 多室(共)磁力计,用于中子 EDM 的新测量

基本信息

  • 批准号:
    237445972
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Priority Programmes
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2012-12-31 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Precision magnetometry is a crucial part for a next-generation measurement of the neutron EDM with a sensitivity goal of 10-28 ecm. In this proposal, we describe a unique multi-chamber (co-)magnetometer setup which reads out the spin precession frequency of polarized 199Hg in a magnetic field optically. Its main features are a vertical stack of four large-volume magnetometer cells and a laser-based read-out and pumping scheme. The main goals of the project are to provide (i) online magnetic field measurements in-situ during nEDM measurement runs with the required sensitivity of < 10 fT for 250 s integration time per magnetometer cell and (ii) information about vertical gradients of the main magnetic field. It has been demonstrated in previous experiments that a sensitivity of 40 fT for one magnetometer cell is achievable using Hg discharge lamps. Using a laser as lightsource instead will provide significantly higher pumping power and stability, both of which will greatly increase the signal-to-noise ratio and allow us to extract the precession frequency of the Hg with higher precision. Since we have full control over all of the laser's properties, we also have unique possibilities to study systematic effects connected to the read-out light. The combination of data obtained from all four cells gives us access to not only the mean magnetic field but also to possible vertical gradients and distortions of the main magnetic field. Within this project we want to develop a system that meets both goals in three stages. Stage 1 is the optimization of laser performance and Hg cell properties using an existing test setup with one cell. Stage 2 consists of the installation of the magnetometer in a magnetically shielded environment and the expansion to multiple cells, as well as testing against other magnetometry systems and stage 3 is the implementation into the final experimental setup of the neutron EDM experiment and operation.
精密磁力测量是下一代中子 EDM 测量的关键部分,灵敏度目标为 10-28 ecm。在本提案中,我们描述了一种独特的多室(共)磁力计装置,该装置可光学读出磁场中极化 199Hg 的自旋进动频率。其主要特点是四个大容量磁力计单元的垂直堆叠以及基于激光的读出和泵浦方案。该项目的主要目标是提供 (i) 在 nEDM 测量运行期间进行现场在线磁场测量,每个磁力计单元的积分时间为 250 秒,所需灵敏度 < 10 fT;以及 (ii) 有关主磁场垂直梯度的信息磁场。先前的实验已证明,使用汞放电灯可实现一个磁力计单元 40 fT 的灵敏度。使用激光作为光源将提供明显更高的泵浦功率和稳定性,这两者都将大大提高信噪比,并使我们能够以更高的精度提取汞的进动频率。由于我们可以完全控制激光器的所有特性,因此我们还具有研究与读出光相关的系统效应的独特可能性。从所有四个单元获得的数据的组合使我们不仅可以获取平均磁场,还可以获取主磁场可能的垂直梯度和扭曲。在这个项目中,我们希望开发一个能够分三个阶段实现这两个目标的系统。第一阶段是使用一个电池的现有测试装置来优化激光性能和汞电池特性。第 2 阶段包括在磁屏蔽环境中安装磁力计并扩展到多个单元,以及针对其他磁力测量系统进行测试,第 3 阶段是中子 EDM 实验和操作的最终实验装置的实施。

项目成果

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