nEDM@PSInEDM@PSILe moment électrique Le moment électrique dipolaire du neutrondipolaire du neutron
Dominique RebreyendDominique Rebreyend (LPSC Grenoble)(LPSC Grenoble)
Prospectives IN2P3-IRFU 2012Prospectives IN2P3-IRFU 2012
G1G2G3 G4
nEDM et symétriesnEDM et symétries
nEDM non nul implique brisure P et T
+ Théorème CPT brisure CP
P, T +
_
_
+d d
Purcell and Ramsey, PR78(1950)807
Limite expérimentale Limite expérimentale
10 -e
+e
dn < 2.9 x 10-26 e.cm (90% CL)(RAL-Sussex-ILL collaboration, 2006)
nEDM et le Modèle StandardnEDM et le Modèle Standard► Secteur électro-faible: la phase CKM
Phase unique: dn nul aux 2 premiers ordre pert.
Hors d’atteinte pour la prochaine génération d’expériences
Signal non nul = nouvelle physique
► QCD: la phase
dn ~ 10-32 - 10-30 e.cm
dn ≈ x 10-16 e.cm < 10-10 (strong CP problem)
nEDM et les extensions du nEDM et les extensions du MSMS► Nouvelles phases existent de façon générique
dn naturellement « grand »
► Échelle de masse accessible:En se basant sur des arguments d’analyse dimensionnelle:
M = échelle de masse nouvelle physique, CP = phase CPVPour dn < 10-26 e.cm:
sin(φCP) ~ 1 MNP > 3000 GeV MNP ~ 300 GeV sin(φCP) < 10-2
dn ~ 10-28 - 10-25 e.cm
cm.10sin300 24
CP
2
eM
GeVd
NPn
Baryogénèse MSSM : Baryogénèse MSSM : EDM/LHCEDM/LHC
Cirigliano, Li, Profumo, Ramsey-Musolf
Baryogénèse MSSM fortement contrainte… voire «exclue» suivant secteur Higgs ( LHC)
Calcul à 2 boucles prenant en compte la densité relique de neutralinos
M1= masse bino, = parametre de masse Higgsino-Higgs
La technique expérimentaleLa technique expérimentale
EE
H = -2 (n.B + dn.E)
fL ( - ) = 4 dn E / h
fL = n B/h
fL( ) =( n B + dn E)/h
fL( ) =(n B - dn E)/h
B BB
UCN (Ultra Cold Neutron) stockés dans un volume avec champs magnétique et électrique parallèles ou anti-paral.
The Ramsey method of separated The Ramsey method of separated oscillatory fieldsoscillatory fields
t ~ 2s
t ~ 2s
4.
3.
2.
1.
Free precession...
Apply /2 spinflip pulse...
“Spin up” neutron...
Second /2 spinflip pulse.
T ~ 100s
Ramsey cycle
610n
L
nL
f
f
Le projet nEDM à PSILe projet nEDM à PSI
Source UCN(50 UCN.cm-3)
Le projet nEDM à PSILe projet nEDM à PSI
► Collaboration européenne ~50 personnes (25 permanents)/ 13 instituts
► Programme en 3 phases: 2005-2008: R&D spectro RAL-Sussex-ILL 2009-2014:
►Prise de données à PSI (2012) avec spectro RAL-Sussex amélioré Objectif: 5x10-27 e.cm
► Développement nouveau spectromètre n2EDM
2015-2020: prise de données avec n2EDM Objectif: 5x10-28 e.cm
Le contexte international Le contexte international (nEDMs)(nEDMs)
ProjetProjet Objectif Objectif (en (en ee.cm ).cm )
Résultat en…Résultat en…
nEDM@PSIn2EDM@PSI
~ 5 x 10-27
~ 5 x 10-28
20142020
PNPI@ILL ~ 1 x 10-26 2014
CryoEDM@ILL ~ 3 x 10-27 2016
nEDM@SNS ~ 3 x 10-28 2020
nEDM@TRIUMF~ 3 x 10-27
~ 1 x 10-28
20172020
nEDM@TUM ~ 5 x 10-28 2018
+ projets d (BNL), muon (JPARC), atomes, molecules
Demandes nEDM (phase 3)Demandes nEDM (phase 3)► Équipe (≈3 ETP + 1 thésard*, ~ 20 % de la collaboration) :
LPC Caen: Gilles Ban, Thomas Lefort, Yves Lemière, Oscar Naviliat-Cuncic, Gilles Quéméner
LPSC Grenoble : Guillaume Pignol, Dominique Rebreyend
► Budget (période 2013-2018) Demande IN2P3: 300 k€
(fonctionnement+séjour) Demande ANR: 700 k€ (équipement) Contribution ~ 20 % du budget global
► Personnels: 2 postes CR2
* Depuis le début du projet, 3 thèses ont été soutenues.
Back-up slidesBack-up slides
Contributions IN2P3Contributions IN2P3
► Physique:Physique: Calculs champ magnétique (bobines/blindage)Calculs champ magnétique (bobines/blindage) Magnétométrie HgMagnétométrie Hg Groupe analyse FranceGroupe analyse France
► TechniqueTechnique Détecteur UCN NanoscDétecteur UCN Nanosc Module DAQModule DAQ Source courant stable (10Source courant stable (10-6-6))
also at: 1Paul Scherrer Institut, 2PNPI Gatchina, 3Eidgenössische Technische Hochschule, 4KEK
The Neutron EDM Collaboration
M. Burghoff, A. Schnabel, J. Vogt
G. Ban, V. Helaine1, Th. Lefort, Y. Lemiere, O. Naviliat-Cuncic, E. Pierre1, G. Quéméner
K. Bodek, St. Kistryn, G. Wyszynski3, J. Zejma
A. Kozela
N. Khomutov
Z. Grujic, M. Kasprzak, P. Knowles, H.C. Koch, A. Weis
G. Pignol, D. Rebreyend S. Afach, G. Bison
J. Becker, N. Severijns, R. Chankova
S. Roccia
C. Plonka-Spehr, J. Zenner1
W. Heil, A. Kraft, T. Lauer , D. Neumann, Yu. Sobolev2
Z. Chowdhuri, M. Daum, M. Fertl3 , B. Franke3, M. Horras3, B. Lauss, J. Krempel , K. Mishima4, A. Mtchedlishvili, PSW, G. Zsigmond
K. Kirch1, F. Piegsa, D. Ries
Physikalisch Technische Bundesanstalt, Berlin
Laboratoire de Physique Corpusculaire, Caen
Institute of Physics, Jagiellonian University, Cracow
Henryk Niedwodniczanski Inst. Of Nucl. Physics, Cracow
Joint Institute of Nuclear Reasearch, Dubna
Département de physique, Université de Fribourg, Fribourg
Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, Grenoble
Biomagnetisches Zentrum, Jena
Katholieke Universiteit, Leuven
Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse, Orsay
Inst. für Kernchemie, Johannes-Gutenberg-Universität, Mainz
Inst. für Physik, Johannes-Gutenberg-Universität, Mainz
Paul Scherrer Institut, Villigen
Eidgenössische Technische Hochschule, Zürich
pulsed1.3 MW p-beam600 MeV, 2.4 mA,1% duty cycle
spallation target (Pb/Zr)(~ 8 neutrons/proton)
heavy water moderator→ thermal neutrons3.6m3 D2O cold UCN-converter
~30 dm3 solid D2 at 5 K
tank
7 m
DLC coatedUCN storage vesselheight 2.5 m, ~ 2 m3
Sketch of the PSI UCN Sketch of the PSI UCN sourcesource
UCN guides towardsexperimental areas8.6m(S) / 6.9m(W)
SV-shutter
cryo-pump
n2EDM General concept
- simultaneous measurement in 2 precession chambers - laser based Hg co-magnetometer - 3He magnetometers- multiple Cs magnetometers for He readout and gradients- UCN chamber position at PSI UCN beam height
E
E
- movable 5 layer cubic shielding(started design discussion with companies)
- active vibration compensation
n2EDM General concept
n2EDM staging areawith new thermohouse
Various EDM limits
EDM projects (non exhaustive list)
1.05 x 10-
27
3.1 x 10-29
YbF molecule