Développement et optimisation d'un système de polarisation de ...

tel-00726870, version 1 - 31 Aug 2012
10 2.2. Dispositif expérimental à PSI
au décallage de fréquence induit par une valeur non nulle de l’EDM du neutron. A la fin du
temps de precession libre, une second champ radiofréquence est appliqué pour basculer le spin
des neutron selon l’axe z, puis les neutrons sont analysés et détectés. L’EDM du neutron est
proportionnel au nombre de neutrons de spin haut (N+) et de spin bas (N−) comptés pour les
configurations (↑↑) et (↑↓) :
dn = − ¯h(∆N↑↑ − ∆N↑↑)
(2.3)
4αT EN0
avec N0 = N+ + N−, ∆N = N+ − N− et α un paramètre nommé visibilité et dépendant du
pouvoir d’analyse du système de polarisation. L’erreur statistique sur la valeur de l’EDM du
neutron est alors :
¯h
σdn =
2αT E √ (2.4)
N0
Il est ainsi possible de diminuer l’incertitude statistique en augmentant le nombre de neutrons
détecté. Pour cette raison, l’appareillage OILL a été transporté de l’ILL (où la densité de neutron
est de 50 cm −3 ) à PSI (où la densité de neutron attendue est de 1000 cm −3 ). Une grande visibilité
permet aussi de diminuer l’erreur statistique. Le but de ce travail de thèse est d’améliorer le
système de polarisation dans le but d’améliorer la visibilité.
2.2 Dispositif expérimental à PSI
La figure 2.1 montre le schéma du spectromètre OILL tel qu’il est en octobre 2011. Un description
complète du dispositif expérimental se trouve dans le chapitre 2 des annexes en anglais.
Les UCN sont produits dans la source et sont polarisé grâce au polariseur supraconducteur
(voir chapitre suivant). Ils sont ensuite guidés dans le “switch” (dispositif permettant de choisir
dans quelle direction les UCN sont transportés) vers la chambre de precession où règne un
champ magnétique homogène et vertical ( B0) de 1 µT. Ce champ magnétique est protégé des
fluctuations extérieures grâce à quatre couches de blindage magnétique en Mu-métal, ainsi
que d’un système de compensation actif de champ magnétique. Ce système est constitué de
trois paires de bobines en configuration Helmholtz nommées SFC (pour “Surrounding Field
Compensation coils”). L’homogénénéité du champs dans la chambre est controlé par deux
systèmes de magnétométrie : le co-magnétomètre mercure qui est placé dans la même enceinte
que les UCN, et des magnétomètres cesium à l’extérieur de la chambre. La phase de remplissage
dure environ 40 s. Une haute tension de l’ordre de + ou - 12 kV/cm est alors appliquée. Le
spin des UCN est placé dans le plan xOy grâce à un champ magnétique radiofréquence, puis
precesse librement pendant environ 150 s. Enfin, un second champ RF est appliqué, la chambre
de precession est ouverte (le “switch” est placé en position de vidage), puis le spin des neutrons
est analysé. Il est à noter que l’analyseur ne permet le passage que d’un seul état de spin. Il
faut donc utiliser un système de renversement de spin (appelé “spin flipper” et décrit dans le
chapitre suivant) pour pouvoir laisser passer, et donc détecter les UCN ayant l’autre état de spin.
En supposant un nombre de neutrons détecté de 350000 par cycle de mesure, et une visibilité
de 0.75, l’erreur statistique est de σdn = 4 × 10 −25 ecm par cycle, soit σdn = 3 × 10 −27 ecm par
an. Cette valeur nous permettrait d’atteindre une nouvelle limite pour l’EDM du neutron de
|dn| < 4 × 10 −27 ecm (95% C.L.) après deux ans de prise de données.