Zur Möglichkeit eines EDM-Projekts an COSY KET Perspektivseminar Oktober 2010 Zur Möglichkeit eines EDM-Projekts an COSY Oktober 2010 | Hans Ströher (Forschungszentrum Jülich)

EDM an COSY – COoler SYnchrotron Kühler- und Speicherring für (polarisierte) Protonen und Deuteronen p = 0.3 – 3.7 GeV/c Phasenraum ge- kühlte interne & extrahierte Strahlen COSY Die Spin-Physik-Maschine für Hadronenphysik Injektorzyklotron 2

EDM an COSY – COoler SYnchrotron Kühler- und Speicherring für (polarisierte) Protonen und Deuteronen p = 0.3 – 3.7 GeV/c Phasenraum ge- kühlte interne & extrahierte Strahlen COSY Idealer Ausgangspunkt für SR-EDM Suche Injektorzyklotron 3

EDM an COSY – Neue Idee Suche nach hadronischen EDMs geladener Teilchen (p, d,3He) mit polarisierten Strahlen in Speicherring Warum ein weiteres EDM-Experiment ? Neue Messmethode Potenziell hochkompetitive Sensitivität (<10-29 e cm) Neutron und Proton: Komplementarität (CQM) dn = 4/3 dd – 1/3 du dp = 4/3 du – 1/3 dd (Wenn endliches dn gefunden würde  was ist dp ?) Deuteron ist mehr als Proton und Neutron dd = dn & dp & dpNN 4

EDM an COSY – Messmethode (I) Spinpräzession in elektromagnetischem Feld Teilchen in Speicherring mit Spin entlang Impulsrichtung (frozen spin)  Beobachtung einer transversalen Spin- Komponente in radialem E-Feld ( d x E ): Impuls Spin 5

EDM an COSY – Messmethode (II) Proton: (a = 1.79) B = 0: „Magischer“ Impuls: pp = 0.701 GeV/c  rein elektrostatischer Ring ! (Idee: 2 gegeneinander umlaufende Strahlen) 6

EDM an COSY – Messmethode (III) Deuteron: (a = - 0.14) Kein „Magischer“ Impuls!  Kombination von Dipol B-Feld und entsprechendem radialem E- Feld so, dass Verlängerung der Teilchenbahn das Nacheilen des Spins relativ zum Impuls kompensiert: Analog: „Helion“: (a = - 4.18) 7

EDM an COSY – Strategie (I) Vorarbeiten am COSY-Ring ( p, d ): BNL EDM-Kollaboration Polarimetrie: ( dC elastische Streuung; andere Optionen?)  dC Tests erfolgreich beendet  nächster Schritt: Bau Prototyp Spin-Kohärenzzeit: (notwendig ca. 103 s)  Test im Januar 2011 3) Elektrostatische Ablenkung: (E-Feld >17 MV/m möglich?; RWTH) 4) Strahlpositionsmonitore: (relative Lagebestimmung ~10 nm; BNL) 8

EDM an COSY – Strategie (II) Konzept Demonstrationsmessung mit (modifiziertem) COSY-Ring: Sibirische Schlange: Spinausrichtung entlang Impuls in gegenüberliegender Ringsektion 1) HF Felder vor- und hinter der Schlange erzeugen M = dp x E 2) Umdrehen der HF pro Umlauf erzeugt Änderung der stabilen Spinachse um 2a 3) Große Zahl von Umläufen führt zu (nicht-) beobachtetem Polarisationsverlust  (obere Grenze für) pEDM Sibirische Schlange HF Schlange HF HF Schlange HF 9

EDM an COSY – Strategie (II) Bsp.: Parameter für eine Proton EDM-Messung an COSY: Tp = 140 MeV EHF = 1 MV/m, LKavität = 0.5 m Speicherzeit ~ 24 Std  6.3 x 1010 Umläufe a = 10-7rad  Polarisationsverlust des Strahls: 10

EDM an COSY – Strategie (III) R&D für Speicherring; Ziel: Technische Machbarkeitsstudie Parameter: Optionen: 1) „All-in-one“ Ring mit Radius ~ 30m  Umfang in Größenordnung von COSY 2) Dedizierter dEDM Ring mit Radius ~ 8m  passt in den Innenraum von COSY (* Bemerkung: BNL plant elektrostatischen pEDM Ring Teilchen p (GeV/c) E (MV/m) B (T) Proton (* 0.701 16.9 0.00 Deuteron 1.000 - 4.0 0.16 3He 1.285 17.2 - 0.05 nicht fixiert 11

EDM an COSY – Ausblick 12