title: Spin-rotation-coupling in neutron polarimetry
Creators: name: Demirel, Bülent
Publisher: name: TU Wien
Year: 2013

description: Der Untersuchung messbarer Effekte in Nicht-Inertialsystemen in der Quantenphysik wurde in den letzten Jahrzenten eine große Aufmerksamkeit geschenkt, da man für ein besseres Verständnis der Natur sich auch zwangsläufig mit den Einflüssen von Gravitation und Rotationen in mikroskopischen Dimensionen auseinandersetzen muss. Die Neutronenphysik stellte in der Vergangenheit diesbezüglich eine herausragende Rolle dar, wie das COW (Colella - Overhauser - Werner) - Experiment und die Messung des Sagnac Effekts eindrucksvoll bewiesen haben. Im Jahr 1988 sagte Mashhoon [Phys. Rev. Lett. 61, 2639 (1988)] einen neuen relativistisch-quantenmechanischen Effekt voraus, die Kopplung von Spin mit der Winkelgeschwindigkeit eines rotierenden Bezugssystems. Nach der Vorhersage dieser Wechselwirkung gelang auch eine Herleitung dieser Spin-Rotationskopplung aus der Dirac-Theorie, eine konkrete Messung blieb bis jetzt jedoch aus. Der erste Vorschlag diesbezüglich umfasste eine Messung mittels der Neutroneninterferometrie. In dieser Diplomarbeit wird eine experimentelle Erforschung dieser Spin-Rotationskopplung durchgeführt. Dabei wurde die ursprüngliche Grundidee jenes Experiments an das Konzept eines Neutronenpolarimeters angepasst. Diese Messmethode hat Vorteile gegenüber der Neutroneninterferometrie auf Grund geringer Empfindlichkeit gegenüber äußeren Störungen. Experimentelle Parameter, wie die Dimensionen verschiedener Spulen zur Spin-Manipulation, wurden bestimmt und ein Versuchsaufbau wurde konstruiert. In der ersten Messung ergaben sich Probleme mit Streufeldern. Um diese zu vermeiden, wurden zwei DC-Spulen der ursprünglichen Polarimeteranordnung beigefügt. Die Endresultate zeigen, dass eine Phasenverschiebung auf Grund der Wechselwirkung der Winkelgeschwindigkeit eines rotierenden Magnetfeldes und des Spins gemessen werden konnte und in guter Übereinstimmung mit der Theorie sind.
description: The study of measurable effects in non-inertial reference frames in quantum physics has been paid a great deal of attention to in recent decades, since one must inevitably deal with the effects of gravity and rotation in microscopic dimensions for a better understanding of nature. In this field neutron physics has played a prominent role in the past, as the COW (Colella - Overhauser - Werner) - experiment and the measurement of the Sagnac effect have impressively demonstrated. In 1988, Mashhoon [Phys. Rev. Lett. 61, 2639 (1988)] predicted a new relativistic quantum mechanical effect, i.e. a coupling of spin with the angular velocity of a rotating reference system. Following the prediction, the spin-rotation interaction has been successfully derived from the Dirac theory, a concrete measurement however is still missing. The first proposal in this regard included a measurement via neutron-interferometry. In this thesis an experimental study of spin-rotation coupling is described. The original idea of the experiment by Mashhoon has been adapted to a set-up using a neutron polarimeter. This measurement method has advantages over neutron-interferometry, in particular because of higher insensitivity to ambient disturbances. Experimental parameters, such as dimensions of various coils for spin-manipulation, were determined and a set-up was constructed. In the first measurement, problems with stray fields were encountered. In order to avoid them, two DC-coils were added to the original polarimeter arrangement. The final results show that a phase shift due to an interaction of angular velocity of a rotating magnetic field and spin could be measured successfully and agree well with theoretical predictions.