Background Studies of the Electric Dipole Moment Experiment at the European Spallation Source
(2025) FYSK04 20251Department of Physics
Particle and nuclear physics
- Abstract
- The standard model can be tested by measuring the electric dipole moment of the neutron. The standard model predicts |d_n| ~ 10^{-32} ecm while experimental searches have reached a sensitivity of |d_n| < 1.8*10^{-26} ecm. Discovery of a nEDM magnitude above |d_n| ~ 10^{-32} ecm would indicate a CP-violation from beyond the standard model physics.
An experiment using a novel technique to combine the production and storage of UCN to increase the statistical sensitivity was proposed at the spallation neutron source at Oak Ridge National Laboratory in the USA. This would have allowed much more precise nEDM measurements. The prospects of moving the experiment to the ESS are currently under study.
The results suggest almost complete... (More) - The standard model can be tested by measuring the electric dipole moment of the neutron. The standard model predicts |d_n| ~ 10^{-32} ecm while experimental searches have reached a sensitivity of |d_n| < 1.8*10^{-26} ecm. Discovery of a nEDM magnitude above |d_n| ~ 10^{-32} ecm would indicate a CP-violation from beyond the standard model physics.
An experiment using a novel technique to combine the production and storage of UCN to increase the statistical sensitivity was proposed at the spallation neutron source at Oak Ridge National Laboratory in the USA. This would have allowed much more precise nEDM measurements. The prospects of moving the experiment to the ESS are currently under study.
The results suggest almost complete removal of cold/thermal background and indicate that the fast neutron background will be reduced significantly already in the first 15 meters of the beamline. (Less) - Popular Abstract (Swedish)
- Den så kallade Standardmodellen är allmänt betraktad som den mest framgångsrika fysikaliska teorin. Den förklarar de allra minsta partiklarna i vårt universum med enorm precision. Tyvärr är den ofullständig. Den förklarar inte vad mörk energi eller mörk materia är. Den förklarar inte varför det finns mer materia än antimateria. Den förklarar inte ens vad gravitation är. Trots alla dessa problem har man inte lyckats genomföra ett enda partikelfysikexperiment som inte kan förklaras av teorin.
Denna kandidatuppsats arbetar med ett så kallat nEDM (neutronens elektriska dipolmoment) experiment. Neutronen har ingen elektrisk laddning och är en av de två partiklarna som atomens kärna består utav. Standardmodellen beskriver neutronen som... (More) - Den så kallade Standardmodellen är allmänt betraktad som den mest framgångsrika fysikaliska teorin. Den förklarar de allra minsta partiklarna i vårt universum med enorm precision. Tyvärr är den ofullständig. Den förklarar inte vad mörk energi eller mörk materia är. Den förklarar inte varför det finns mer materia än antimateria. Den förklarar inte ens vad gravitation är. Trots alla dessa problem har man inte lyckats genomföra ett enda partikelfysikexperiment som inte kan förklaras av teorin.
Denna kandidatuppsats arbetar med ett så kallat nEDM (neutronens elektriska dipolmoment) experiment. Neutronen har ingen elektrisk laddning och är en av de två partiklarna som atomens kärna består utav. Standardmodellen beskriver neutronen som bestående av tre kvarkar, alla tre har elektrisk laddning. Summan av kvarkarnas laddning är noll men frågan är ifall ena sidan av neutronen har mer positiv laddning än den andra. Detta hade gett neutronen en riktning och storleken på denna skillnad är dipolmomentet. Standardmodellen förutsäger ett väldigt lite så kallat dipolmoment. Det är så litet att det inte ens går att mäta med världens bästa utrustning. Vi kan dock sätta övre gränser på dipolmomentets värde.
Detta nEDM experiment var planerat att genomföras på den amerikanska neutronkällan SNS vid Oak Ridge National Laboratory men trots att projektet var till stor del färdigt bestämdes det att man inte skulle få nödvändig finansiering. Därav behöver experimentet flyttas ifall det ska genomföras.
Experimentet hade varit 100 gånger mer noggrant än tidigare experiment. Oavsett ifall man mäter ett nollskilt dipolmoment eller inte så kommer det begränsa möjligheterna för de teorier som försöker komplettera Standardmodellen. Det är till och med möjligt att den ger oss avgörande insikter om varför det finns mer materia än antimateria i universum.
Detta kandidatarbete är del av undersökningar kring möjligheterna att flytta nEDM experimentet till neutronkällan ESS som ligger i Lund. Experimentet är väldigt känsligt för den så kallade experimentella bakgrunden. Resultat av simulationer, genomförda med hjälp av datorprogrammen McStas och PHITS, och korresponderande analys för neutronbakgrundstrålningen presenteras i arbetet. Detta arbetet är del av det bredare HIBEAM/NNBAR programmet med målet att studera fundamental fysik på ESS i Lund.
Detta kandidatarbete kommer undersöka den neutronbakgrundsstrålning som experimentet hade blivit utsatt för ifall det genomförs på ESS. Detta är en nödvändig del av arbetet för att utföra ett experiment med sådan extrem noggrannhet. Ifall man inte uppmäter ett nollskilt dipolmoment kommer experimentet fortfarande att placera begränsningar på de teorier som försöker komplettera Standardmodellen. Om experimentet uppmäter ett nollskilt dipolmoment kommer det vara en revolutionerande upptäckt som utgör bevis för ny fysik bortom Standardmodellen och utgöra starten på ett nytt paradigm inom partikelfysiken. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9204632
- author
- Ripa, Alexander LU
- supervisor
- organization
- course
- FYSK04 20251
- year
- 2025
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- ESS, neutrons, electric dipole moment, nEDM, PHITS, McStas, neutron guides, beamline, simulation
- language
- English
- id
- 9204632
- date added to LUP
- 2025-07-01 08:02:18
- date last changed
- 2025-07-01 08:02:18
@misc{9204632,
abstract = {{The standard model can be tested by measuring the electric dipole moment of the neutron. The standard model predicts |d_n| ~ 10^{-32} ecm while experimental searches have reached a sensitivity of |d_n| < 1.8*10^{-26} ecm. Discovery of a nEDM magnitude above |d_n| ~ 10^{-32} ecm would indicate a CP-violation from beyond the standard model physics.
An experiment using a novel technique to combine the production and storage of UCN to increase the statistical sensitivity was proposed at the spallation neutron source at Oak Ridge National Laboratory in the USA. This would have allowed much more precise nEDM measurements. The prospects of moving the experiment to the ESS are currently under study.
The results suggest almost complete removal of cold/thermal background and indicate that the fast neutron background will be reduced significantly already in the first 15 meters of the beamline.}},
author = {{Ripa, Alexander}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Background Studies of the Electric Dipole Moment Experiment at the European Spallation Source}},
year = {{2025}},
}