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Das Paul Scherrer Institut betreibt den leistungsstärksten Protonenbeschleuniger der Welt. Die Protonen prallen mit 80% der Lichtgeschwindigkeit auf Kohlenstoff beziehungsweise Blei um dabei Pionen und Neutronen zu erzeugen. Die Pionen bestehen aus zwei Quarks und Zerfallen sofort in Myonen.
Myonen sind Elementarteilchen ähnlich dem Elektron aber mit einer Masse die fast 200 mal grösser ist. Nach 2.2 Mikrosekunden zerfallen sie in ein Elektron und zwei Neutrinos. Neutronen hingegen sind mit Protonen die Bausteine der Kerne der chemischen Elemente. Sie sind ebenfalls instabil und zerfallen nach ca. 900 Sekunden in ein Proton, Elektron und ein Neutrino.
Sowohl das Neutron als auch das Myon haben einen intrinsischen Spin ähnlich einer kleinen Kompassnadel. In magnetischen Feldern richtet sich der Spin relativ zum Magnetfeld aus. Ein elektrischer Dipolmoment würde nun dazu führen, dass sich der Spin in gleichweise auch in einem elektrischen Feld verhält. Obwohl viele physikalische Modelle und Theorien vorhersagen, dass Elementarteilchen einen elektrischen Dipolmoment haben sollten wurde diese Eigenschaft noch nie gemessen.
Das Ziel des Forschungsprograms ist systematische Fehler bei der Suche und möglichen Entdeckung des elektrischen Dipolmoments genauestens zu studieren. Für beide Messungen müssen sämtliche bekannten Fehlerquellen entweder perfekt korrigiert werden oder perfekt gemessen werden um dann die Daten der Messung korrigieren zu können.
Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts
Das Forschungsprojekt untersucht mögliche systematische Fehler in der Suche nach neuen Wechselwirkungen in der Physik. Eine erfolgreiche erste Messung eines elektrischen Dipolmoment würde nachhaltig unser heutiges Model der Teilchenphysik verändern.
Keywords
Universum, elektrischer Dipolmoment, Teilchenphysik, Spin, ultrakaltes Neutron, Myonen, Präzession, Präzision, neue Physik