τSPECT Experiment

Das zentrale Experiment mit UCN innerhalb von PRISMA ist das τSPECT Experiment zur Messung der Lebensdauer des Neutrons. Einerseits ist die Lebensdauer des Neutrons bedeutsam für Präzisionstests des Standardmodelles der Teilchenphysik. Andererseits spielt sie eine wichtige Rolle währende der Entstehung der leichten Elemente im Universum, der Big Bang Nukleosynthese. In diesem Zusammenhang bestimmt sie das Verhältnis der leichten Elemente zueinander, z.B. von Helium zu Wasserstoff.

Neben diesem fundamentalen Interesse an der Lebensdauer des Neutrons gibt es andere, experimentelle, Gründe für das Interessen an der Neutronenlebensdauer in der modernen Physik: Die Ergebnisse mehrere Präzisionsexperimente zur Bestimmung der Lebensdauer des Neutrons weisen beträchtliche Unterschiede zueinander auf. Zusätzlich gibt es noch Unterschiede zwischen Messungen mit unterschiedlichen Methoden: Messungen der Lebensdauer des Neutrons an Neutronenstrahlen ergeben leicht größere Lebensdauern als solche mit gespeicherten Neutronen (Speicherung mit materiellen Wänden). Um diese Unterschiede zu klären sind mehrere neue Experimente in der Entwicklung, die die Neutronen in magnetischen Flaschen speichern und gleichzeitig die Zerfallsprodukte aus dem Neutronenzerfall direkt messen werden. Dies wird die größten systematischen Unsicherheiten der bisherigen Experimente beseitigen. 

Zur Zeit wird das τSPECT Experiment am TRIGA aufgebaut. Es verwendet das supraleitende Magnetsystem des aSPECT Experimentes für die longitudinale Speicherung der UCN, sein UHV Vakuumsystem und das Nachweissystem von aSPECT zur direkten Messung der Zerfallsprodukte aus dem Neutronenzerfall, Protonen und Elektronen. Eine erste Messung zur Integration aller Komponenten und Inbetriebnahme wird im Frühjahr 2015 erfolgen. Hierbei wird noch eine gemischte Speichermethode – longitudinale magnetische Speicherung und radiale Wandspeicherung – Verwendung finden. Zu derselben Zeit wird der Multipolmagnet für die radiale magnetische Speicherung geliefert und getestet werden. Als nächster Schritt wird es eine Messung mit rein magnetischer Speicherung geben. Danach werden die systematischen Unsicherheiten untersucht und optimiert, um die Lebensdauer des Neutrons auf eine Sekunde genau zu messen (Phase 1). In einem letzten Schritt wird τSPECT für eine Messung mit 0.3 s Genauigkeit optimiert (Phase 2).