Characterisation of the spin-dependent detector for the Ramsey GRS

Abstract

In den letzten Jahren erlebten Schwerkraftversuche aus mehreren Gründen eine Renaissance: Moderne astronomische Beobachtungen weisen eindeutig auf die Existenz von dunkler Energie und dunkler Materie hin. Ihre wahre Natur und ihr Inhalt bleiben jedoch ein Rätsel. Darüber hinaus erfordern prominente Kandidaten für die Formulierung einer konsistenten Quantentheorie der Gravitation zusätzliche räumliche Dimensionen. Das Neutron ist ein ideales Werkzeug zur Beantwortung solcher Fragen. Genauer gesagt ermöglichen gebundene Quantenzustände ultra kalter Neutronen im Schwerefeld der Erde die Kombination von Gravitationsexperimenten auf kurze Distanz mit leistungsstarken Resonanzspektroskopietechniken. Neuere theoretische Entwicklungen legen nahe, dass eine genaue Bestimmung der Übergangsfrequenzen zwischen Gravitationsquantenzuständen in zusätzlichen Magnetfeldern und eine polarisations abhängige Analyse es ermöglichen, das Konzept der Torsion in der Allgemeinen Relativ Gravitation zusätzliche räumliche Dimensionen. Das Neutron ist ein ideales Werkzeug zur Beantwortung solcher Fragen. Genauer gesagt ermöglichen gebundene Quantenzustände ultrakalter Neutronen im Schwerefeld der Erde die Kombination von Gravitationsexperimenten auf kurze Distanz mit leistungsstarken Resonanzspektroskopietechniken.Neuere theoretische Entwicklungen legen nahe, dass eine genaue Bestimmung der Übergangsfrequenzen zwischen Gravitationsquantenzuständen in zusätzlichen Magnetfeldern und eine polarisationsabhängige Analyse es ermöglichen, das Konzept der Torsion in der Allgemeinen Relativitätstheorie zutesten. Daher haben wir als logische Fortsetzung der laufenden experimentellen qBounce-Kampagne Magnetfelder in das vorhandene Setup implementiert.Unsere Arbeit war hauptsächlich ein Test von Polarisierungstechniken und eine Bestimmung ihrer Effizienz. Wir haben ein Nebenexperiment aufgebaut,in dem wir einen Polarisator innerhalb ein Hältefeld benützt haben, um die Neutronen nach Spin zu filtern. Wir haben auch einen Detektor hinzugefügt, der auch als Analysator benützt werden kann, damit ausschließlich die Neutronen mit dem richtigen Spin durchgehen können. Um die Polarisationseffizienz zu messen, wir haben Spin−flippers benützt.Sie sind magnetische Geräte, die die Fähigkeit haben, die Spinrichtung der durchgehenden Teilchen zu invertieren.

In recent years, gravity experiments have been experiencing a renaissance for several reasons: Modern astronomical observations clearly point to the existence of dark energy and dark matter. Their true nature and content remain a mystery, however. Furthermore, prominent candidates for formulating a consistent quantum theory of gravitation require extra spatial dimensions.The neutron is an ideal tool for answering such questions. More precisely, bound quantum states of ultra-cold neutrons in the Earth’s gravity field make it possible to combine gravity experiments at short distances with powerful resonance spectroscopy techniques. Recent theoretical developments suggest that a precise determination of the transition frequencies between gravitational quantum states in additional magnetic fields and polarization-dependent analysis allows to test the concept of torsion in General Relativity. Therefore, as a logical continuation of the ongoing qBounce experimental campaign, we implemented magnetic fields inside the existing setup. Our work was focused on the polarization techniques and the evaluation of their efficiency. We built a side-experiment setup in which we used a polarizer within a guiding magnetic field to sort the neutrons by spin, and a detector which can also be used as an analyser for the right spin-direction to come through. In order to measure the polarization-efficiency, we used spin-flippers. They are magnetic devices able to invert the spin-direction of the particles passing through it.