Measurement of the neutron electric dipole moment : correction of the phantom field systematic effect
Mesure du moment dipolaire électrique du neutron : correction de l'effet systématique du champ fantôme
Résumé
The search for a permanent electric dipole moment for simple systems such as the neutron is one of the most promising leads to discover CP violation beyond the Standard Model of particle physics.The discovery of such CP violation sources and the identification of new models beyond the Standard Model could lead to an explanation of the baryon asymmetry of the Universe.Therefore, there are several experiments aiming to measure a non-zero EDM for various systems (neutron, electron, atoms...).The Paul Scherrer Institute (PSI) nEDM experiment is one of them.The nEDM collaboration has collected data during two years (2015 and 2016) and published the most recent limit for the neutron EDM in April 2020.Precision measurements such as that experiment require an optimal control of the systematic effects.In this thesis, we present how to control the effects of the magnetic field inhomogeneities, which arise from the use of a mercury co-magnetometer in the PSI nEDM experiment.The co-magnetometer allows us to monitor the stability of the magnetic field and is essential to optimize the statistical sensibility.In order to correct the systematic effects of the magnetic field inhomogeneities, we perform an offline characterization of the field : the mapping.We present in this thesis the mapping measurement method, its analysis and the resulting corrections of the main systematic effect of the neutron EDM measurement.Once those corrections are taken into account, the last step of the analysis of nEDM data can be achieved, in order to extract the neutron EDM value which was published by the collaboration.The application of that step and its results are also presented in this thesis.
La recherche de moment dipolaire électrique (EDM) permanent pour des systèmes simples comme le neutron est l'une des pistes explorées pour découvrir de nouvelles sources de violation de la symétrie CP au-delà du Modèle Standard de la physique des particules.La découverte de telles sources et l'identification de nouveaux modèles pourrait permettre d'expliquer l'asymétrie baryogénique de l'Univers.Il existe donc plusieurs expériences de mesure d'EDM de divers systèmes (neutron, électron, atomes...) et l'expérience nEDM de l'Institut Paul Scherrer (PSI) est l'une d'elles.La collaboration nEDM a acquis des données pendant deux ans en 2015 et 2016 avant de publier la nouvelle limite pour l'EDM du neutron en février 2020.Ce type d'expérience de précision requiert un contrôle optimal des effets systématiques.Dans cette thèse, nous nous intéressons au contrôle des effets liés aux inhomogénéités de champ magnétique qui surviennent en raison de l'utilisation d'un co-magnétomètre mercure dans l'expérience nEDM de PSI.Ce co-magnétomètre permet de contrôler la stabilité temporelle du champ magnétique et est indispensable à l'optimisation de la sensibilité statistique.Pour pouvoir corriger les effets systématiques liés aux inhomogénéités du champ, celles-ci sont caractérisées grâce à des mesures hors-ligne du champ magnétique : les cartographies.Nous présentons ici la méthode de caractérisation, l'analyse des cartographies du champ et l'utilisation des résultats pour corriger l'effet systématique principal de la mesure de l'EDM du neutron.Une fois les corrections issues de l'analyse des cartographies prises en compte sur les données de l'expérience nEDM, la dernière étape de l'analyse de ces données peut être réalisée afin d'extraire la valeur de la mesure de l'EDM telle qu'elle a été publiée par la collaboration.La mise en place de cette étape, sa réalisation et son résultat font également l'objet de cette thèse.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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