Energy dependence of the beta asymmetry in neutron beta decay

Abstract

Neutron beta decay provides an excellent toolkit for the investigation of the structure of the weak interaction and potential deviations from the predictions of the standard model of particle physics. Measuring the experimental beta asymmetry provides the most precise way to determine the ratio of axialvectorand vector-coupling, λ, and is also sensitive to non-zero scalar and tensor couplings via the Fierz interference term, b. In this thesis the analysis of the experimental beta asymmetry measured with Perkeo III at the Institut Laue-Langebin, Grenoble, in 2009 is presented. This includes the data reduction process, as well as the analyis of the measured spectra including detector and background systematics as energy-dependent effects. Major refinements to the detector model are presented with regards to the non-linearity and energy resolution of the detectors. The result of this analysis is a new results for the beta asymmetry which is two times more precise than previous measurements. All systematics are investigated concerning their energy dependence, which allows a correlated analysis of λ and b.

Die Untersuchung des Zerfalls des freien Neutrons ist ein exzellentes Werkzeug zur Untersuchung der Struktur der schwachen Wechselwirkung und erlaubt die Beobachtung potentieller Abweichungen von den Vorhersagen des Standardmodells der Teilchenphysik. Die präsziseste Methode zur Bestimmung des Verhältnisses von Axialund Vektorkopplungskonstanten, λ, ist die Messung der Beta Asymmetrie im Neutronenzerfall. Diese beschreibt die Korrelation von Elektronenimpuls und Neutronenspin. Durch ihre Abhängigkeit vom Fierz Interferenz Term, b, ist diese ebenfalls sensitiv auf Skalarund Tensorkopplungen abweichend von 0. Im Rahmen dieser Arbeit wird die Analyse der experimentellen Beta Asymmetry, gemessen mit dem Zerfallsspektrometer Perkeo III, durchgeführt und beschrieben. Dies beinhaltet die Reduktion der Rohdaten und die Analyse der gemessenen Spektren inklusive Detektorund Untergrundsystematiken. Wesentliche Erweiterungen des verwendeten Detektormodells in Bezug auf die Nichtlinearität und Energieauflösung wurden implementiert und erlauben eine unabhängige Kalibrierung mit Elektronenquellen. Das Resultat ist um einen Faktor zwei präziser als vorige Messungen und ist die derzeit präziseste Messung von λ. Alle Systematiken sind als energieabhängige Korrekturen implementiert. Dies erlaubt die Extraktion des Fierz Interferenz Terms aus einer simultenen Analyse von λ und b.