Storage of ultracold neutrons in the UCN$τ$ magneto-gravitational trap
UCN $τ$实验的目的是通过在磁引力阱中捕获超冷中子（UCN）来测量自由中子的寿命$τ_{n}$。非对称碗状NdFeB磁体Halbach阵列将低场寻求UCN限制在装置内，并且环形几何形状的一组电磁线圈提供背景“保持”场以消除由磁场节点引起的去极化感应的UCN损耗。我们提出了一个测量的存储时间$τ_{store}$的陷阱，通过存储UCN不同的时间，并计数幸存者。数据是一致的，一个单一的指数衰减，我们发现$τ_{store}=860\pm19$ s：$1 σ$内的$τ_{n}$目前的全球平均值。发现保持场失活的存储时间为$τ_{store}=470 \pm 160$ s;这种存储时间的减少是由于UCN在存储时经历马约拉纳自旋翻转的损失。我们讨论计划，以增加测量的统计灵敏度，并调查潜在的系统性影响。
2013-10-31 nucl-ex physics.ins-det
Stored Ultracold Neutron Lifetime Experiments: Non-Inertial Frame Effects on the Neutron Velocity Spectrum
超冷中子（UCN），储存在一个与地球相连并因此与地球一起旋转的具有硬壁的单元中，将经历非惯性系效应，导致UCN谱的加宽。光谱的加热或冷却也是可能的。这是因为存储的UCN在突然的壁碰撞之间处于自由下落（惯性）系中，并且细胞相对于该系的加速度意味着细胞壁将在随后的UCN壁碰撞之间具有新的准随机速度。这导致UCN轨迹在动量空间中的随机行走。给出了特定初速度对UCN影响的估计。虽然这些影响看起来很小，但它们值得考虑用于当前感兴趣的实验，并且对于未来可能的实验具有预期的改进精度将是重要的。
2018-04-03 nucl-ex physics.ins-det
Measurement of the Free Neutron Lifetime in a Magneto-Gravitational Trap with In Situ Detection
本文公布UCNtau实验2020–2022年磁引力阱原位探测数据，通过改进探测器、减小气体上散射修正并采用四种几何结构，将中子寿命更新为877.82 s。
2024-09-09 nucl-ex
Neutron lifetime measurements and effective spectral cleaning with an ultracold neutron trap using a vertical Halbach octupole permanent magnet array
超冷中子（UCN）存储测量是在一个陷阱中进行的，该陷阱由1.3 T Halbach Octupole PEr（HOPE）磁体阵列垂直排列而成，使用劳厄-朗之万研究所PF 2源的TES端口。在捕集器底部的机械UCN阀用于填充和排空。该阀用Fomblin润滑脂覆盖，以诱导非镜面反射，并与从顶部插入的可移动聚乙烯UCN去除器结合使用，用于清洁阈值以上的UCN。由于UCN去极化的损失被抑制与最小2 mT的偏置场。在不使用UCN去除剂的情况下，观察到$(712 \pm 19)$ s的总储存时间常数;在去除剂插入80 s并在距离捕集器底部80 cm或65 cm处使用的情况下，观察到$(824 \pm 32)$ s和$(835 \pm 36)$ s的时间常数。结合后两个值，在对UCN阀处的损失进行初步校正后，提取出$τ_{\rm n} = (887 \pm 39)$ s的中子寿命。在清洁过程中的UCN人口的时间常数进行了观察和比较的UCN动力学理论的基础上，以及Monte-Carlo研究的计算。这些计算用于预测在无去除器、80 cm去除器和65 cm去除器测量中清洁后剩余的$\sim 5\%$、$\sim 0.5\%$和$\sim 10^{-12}\%$的阈值以上群体。因此，通过使用覆盖整个陷阱底部的非镜面反射器和陷阱顶部的去除器，我们已经建立了一个有效的清洁程序，用于去除磁性存储UCN的高精度…
2016-06-02 nucl-ex physics.ins-det
Progress Towards A Permanent Octupole Magnetic Ultra-Cold Neutron Trap for Lifetime Measurements
由于最近的精确测量结果之间存在很大的分歧，目前对中子$β$衰变寿命的认识受到了仔细的审查。使用磁俘获超冷中子（UCN）的测量提供了没有虚假损失的存储的可能性，这可以提供可靠的中子寿命值。本文介绍了用Halbach型永久八极磁铁制作的Ioffe型阱实现中子寿命测量的进展。实验过程将UCN气体提取到真空中，这减少了许多已知的中子损失通道，并通过原位检测产生的质子来检测中子衰变。
2009-02-05 nucl-ex
Improved neutron lifetime measurement with UCN$τ$
我们报告了一种改进的测量自由中子寿命$τ_{n}$使用UCN $τ$装置在洛斯阿拉莫斯中子科学中心。在2017年和2018年的两次数据采集活动中，我们计算了储存在UCN $τ$的磁引力阱中后总共约$38\times10^{6}$存活的超冷中子（UCN）。我们提取$τ_{n}$从三个设盲，独立的分析配对长，短的存储时间运行，找到一组重复的$τ_{n}$测量，并通过执行全局似然拟合所有数据，同时自洽地纳入$β$衰减寿命。这两种技术都获得了一致的结果，并找到了值$τ_{n}=877.75\pm0.28_{\text{ stat}}+0.22/-0.16_{\text{ syst}}$ ~s。有了这种灵敏度，中子寿命实验现在直接解决了我们对中子衰变标准模型的理解的最新改进的影响。
2021-09-21 hep-ex nucl-ex nucl-th
A novel technique of extracting UCN lifetimes from storage bottle measurements dominated by scattering losses
针对壁散射主导的超冷中子储存瓶测量，本文表征能谱与损失模型并提取中子寿命，明确主要系统误差来源，指出以往Monte Carlo模拟低估不确定度。
2024-01-18 nucl-ex
A superfluid helium converter for accumulation and extraction of ultracold neutrons
我们报告了第一次成功的提取积累的超冷中子（UCN）从超流氦的转换器，其中它们产生的冷束从慕尼黑研究反应堆的向下散射中子。通过机械冷阀在垂直方向上进行无窗UCN提取。这个多功能UCN源的原型由一个新颖的低温恒温器组成，该低温恒温器旨在保持源的便携性并允许快速冷却。我们在室温下测量了UCN存储和提取到检测器中的时间常数，转换器保持在0.7和1.3 K之间的各种温度下。由萃取的UCN计数率推断的UCN产率接近理论预期。
2007-05-27 nucl-ex
A prestorage method to measure neutron transmission of ultracold neutron guides
全世界都在努力寻找粒子物理学标准模型之外的物理学。使用超冷中子（UCN）的精密实验需要非常高的UCN强度。因此，UCN从生产体积到实验的有效运输非常重要。我们已经开发了一种方法，使用预存储的UCN，以量化UCN传输管状指南。这种方法模拟了保罗谢勒研究所的UCN源的最终安装，其中中子被存储在一个中间存储容器中，为三个实验端口服务。这种方法使我们能够鉴定UCN指南的预期用途，并比较它们的属性。
2015-08-25 nucl-ex physics.ins-det
Neutron lifetime measurements with the big gravitational trap for ultracold neutrons
中子寿命是决定弱相互作用参数和原初核合成理论预言的重要物理常数。在使用束中中子和使用储存中子（UCN）测量寿命之间存在3.9σ的差异，这一问题尚未解决。在我们的实验中，我们测量了被地球引力捕获的中子在一个顶部敞开的容器中的寿命。陷阱几何形状的两种配置用于改变UCN与表面碰撞的平均频率-这是通过在不破坏真空的情况下将额外的表面插入陷阱来实现的。捕集器壁涂有无氢含氟聚合物，以减少UCN的损失。测试了该涂层对80 K至300 K之间的多次热循环的稳定性。在80 K时，由于与陷阱壁碰撞而导致UCN损失的概率仅为β衰变概率的1.5%。自由中子寿命是由外推到一个无限大的陷阱与零碰撞频率。这些测量的结果为881.5 +/- 0.7_stat +/- 0.6_syst s，这与粒子数据组给出的常规值880.2 +/- 1.0 s一致。该实验的未来前景是进一步冷却到10 K，这将导致测量精度的提高。最后，我们提出了一个分析目前可用的数据上的各种测量的中子寿命。
2017-12-15 nucl-ex physics.ins-det
Characterization of the new Ultracold Neutron beamline at the LANL UCN facility
目前正在洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）开发的中子电偶极矩（nEDM）实验将使用超冷中子（UCN）和拉姆齐的分离振荡场方法来寻找nEDM。在本文中，我们提出了在LANL UCN源的新光束线的调试过程中进行的UCN存储和UCN传输的测量，并证明了足够数量的存储极化UCN实现$δd_n = 2\times 10^{-27}$ ~ $e\cdot\text{cm}$在5个日历年的运行的统计不确定度。我们还提出了一个分析模型描述的数据，提供了一个简单的参数化的输入UCN能谱上的新的光束线。
2023-01-17 nucl-ex physics.ins-det
Time-of-flight spectroscopy of ultracold neutrons at the PSI UCN source
本文利用中子斩波器和飞行时间法测量PSI UCN源的轴向中子速度谱，揭示脉冲后30秒内的谱软化及日内尺度的硬化，并与Monte Carlo模拟相验证。
2023-06-29 nucl-ex physics.ins-det
Comment to the article "Temperature dependence of ultracold neutron loss rates" E.Korobkina et al., PRB 70,035409
在工作[1]中（“超冷中子损失率的温度依赖性”E.Korobkina等人，本文介绍了在铜阱中超冷中子（UCN）贮存的4 ~ 300 K范围内，UCN损失随温度变化的测量结果。在解释实验数据时，人为地只考虑损失率之差1/τ（T）= 1/τ_exp（T）- 1/τ_exp（10 K），（τ- UCN在捕集器中的储存时间）。它已被接受的温度依赖性的损失变化从0到3.3*10-4每一个碰撞的UCN与陷阱表面。然而，对原始实验数据的分析表明，在温度为10 K的阱中，每次碰撞的损失为1.0*10-3。它们比所讨论的温度依赖性大得多（3倍），并且几乎比由于铜上的捕获截面引起的损失大10倍。这些损失最有可能与UCN通过陷阱快门的狭缝泄漏有关。温度从300 K变化到10 K时，a缝的尺寸变化25%，可以很好地解释所讨论的温度依赖性。当然，氢存在于表面上，但正如工作中所示[2]（V. P. Alfimenkov等人，JETP. Vol.55，No.2，1992年1月25日）在工作中，即使在未脱气的表面上，温度依赖性也比在脱气和氘代的表面上低3倍[1]。最后，陷阱表面的氘化几乎可以完全抑制与氢存在有关的温度依赖性[2]。工作[1]的结论是氢以膜的形式定域在表面上，而不是分布在表面物质中。这一结论与UCN功损失的能量依赖性测量结果相矛盾[2]。对工作[1]和工作[2]的更详细分析如下。
2009-05-06 nucl-ex
$τ$SPECT: A spin-flip loaded magnetic ultracold neutron trap for a determination of the neutron lifetime
本文首次实现脉冲自旋翻转装载方案用于三维磁超冷中子阱，在TRIGA Mainz反应堆上测量中子存储时间常数为859(16)秒，并详细研究了主要系统效应，为精确测定中子寿命奠定基础。
2024-08-22 nucl-ex physics.ins-det
Upgrade of the ultracold neutron source at the pulsed reactor TRIGA Mainz
介绍了脉冲堆TRIGA Mainz上改进后的固体氘超冷中子源的性能。目前的配置阶段包括安装一个氦浓缩器，以长期进行UCN实验，使用具有改进的传输的不锈钢中子导管，以及在热桥和转换器杯的内壁上涂敷无磁性$^{58}$ NiMo合金。在实验区生物防护罩外的一个体积为32升的“标准”UCN储存瓶（不锈钢）中测量UCN产量，得到UCN密度为8.5 /cm $^3$ ;与以前的设置相比增加了3.5倍。测得的UCN存储曲线与为模拟源而开发的蒙特卡罗模拟的预测吻合得很好。固态氘转化器在冻结过程中的生长和形成受H $_2$预减速剂的邻/对位比的影响。
2017-11-09 nucl-ex physics.ins-det
Ultracold neutron accumulation in a superfluid-helium converter with magnetic multipole reflector
我们分析了超冷中子（UCN）在磁多极反射器包围的超流氦转换器容器中的积累。我们解决了自旋相关的速率方程，采用有效的绝热自旋输运被困UCN在机械平衡的公式。饱和UCN密度的结果得到的顺序和多极场的强度的依赖。在中子光学势中增加磁存储可以增加产生的低场寻求UCN的密度和能量，并用于减轻壁损失对源性能的影响。它还可以提供一个高度极化的UCN样品，而无需对入射到转换器上的中子束进行重新定位。这项工作是在ILL的UCN源项目SuperSUN的准备工作中进行的。
2015-03-04 nucl-ex physics.ins-det
Ultra-cold neutron simulation framework for the free neutron lifetime experiment $τ$SPECT
Johannes Gutenberg University Mainz（美因茨约翰内斯·古腾堡大学）；Paul Scherrer Institut（保罗谢勒研究所）
本文提出了一种超冷中子模拟框架，用于研究自由中子寿命实验$τ$SPECT，以解决中子寿命测量中的系统性不确定性问题。
2025-08-29 nucl-ex physics.ins-det
Ultracold neutron production and up-scattering in superfluid helium between 1.1 K and 2.4 K
超冷中子（UCN）是使用劳厄-朗之万研究所的PF 1B冷中子束设施在4升体积的超流氦中产生的，然后在室温下提取到探测器中。在转化器温度为1.08 K的情况下，累积的UCN的数量被计数为$91,\!700 \pm 300$。由此，我们推导出$(6.9 \pm 1.7)\,\mathrm{cm^{-3}\,s^{-1}}$的体积UCN生产速率，其包括对由短储存时间引起的UCN提取期间转化器中的损失的校正，但不考虑UCN运输和检测效率。通过在1.2- 2.4K温度范围内扫描，研究了超流中UCN的上散射率。在分析中，使用从非弹性中子散射数据计算的与温度相关的UCN生产率，发现存在的唯一UCN上散射过程是从双声子散射。我们的分析排除了其他散射过程对$\lesssim 10\%$的预测水平的贡献。
2016-02-22 nucl-ex physics.ins-det
$n-n'$ Oscillations: Sensitivity of a first UCN beam experiment
中子振荡成一个隐藏的扇形粒子是各种标准模型扩展预测的过程。这个额外的通道中子消失还没有在振荡参数空间的大部分实验测试。近年来，对超冷中子（UCN）贮存实验中低质量分裂和穿壁实验中大质量分裂的振荡时间限制进行了修正。在这项工作中，我们提出了预期的灵敏度的实验寻找中子隐藏的中子振荡在中间质量分裂通过应用磁场的范围内$B_0=30-1100$ $μ$ T。该实验是在劳厄-朗之万研究所进行的，使用一种新型的UCN计数器来监测束流通量。所测量的UCN速率和数据收集技术预测在几秒的水平上的振荡时间的灵敏度。
2022-06-17 hep-ex nucl-ex
Monte Carlo Simulations of Trapped Ultracold Neutrons in the UCNτ Experiment
在UCNτ实验中，超冷中子（UCN）被磁场和地球的引力场限制。场捕获减轻了材料表面上的UCN损失的问题，这在使用材料瓶的先前中子实验中引起了最大的校正。然而，场阱中的中子动力学性质不同于材料瓶中的中子动力学。在后一种情况下，中子从具有显著扩散性的材料表面反弹，并且粒子数迅速达到具有由引力势引起的密度梯度的静态空间分布。相比之下，场限制的UCN -其动力学可以由哈密顿力学描述-不表现出在材料瓶中观察到的理想气体模型的典型随机行为。在这份报告中，我们将描述我们的努力，以模拟UCN捕获在UCNτ磁引力陷阱。我们将模拟输出与实验结果进行比较，以确定中子探测器的参数和输入中子分布。然后，调谐模型被用来理解在UCNτ实验中观察到的中子的相空间演化。我们将讨论混沌动力学控制系统的影响，如光谱清洗和颤噪加热，一个成功的UCN寿命实验，达到0.01%的精度水平。
2018-10-16 nucl-ex physics.ins-det
Monte Carlo simulation of the experiment MAMBO I and possible correction of neutron lifetime result
我们正在讨论中子寿命测量的现状。以前的实验和最近的精确实验之间存在严重的差异[1]。这种差异的可能原因与UCN在液体表面上的准弹性散射有关，这是以前大多数实验所使用的。先前实验之一[2]的蒙特卡罗模拟表明，必须校正该实验[2]的结果，并且必须声明新结果880.4 +/-3 s，而不是先前结果887.6 +/-3 s。[1]A. P. Serebrov等人，Phys. Lett. B 605（2005）72。[2]W. Mampe等人，物理修订信函63（1989）593。
2009-04-14 nucl-ex
Comparison of ultracold neutron sources for fundamental physics measurements
超冷中子（UCN）是精确研究中子基本参数和寻找新的CP破坏过程或粒子物理标准模型之外的奇异相互作用的关键。最突出的例子是寻找中子的永久电偶极矩（nEDM）。我们已经进行了一个实验比较的领先UCN来源目前正在运作。我们使用了一个体积为32升的“标准”UCN存储瓶，其大小与nEDM实验相当，这使我们能够比较给定射束端口处可用的UCN密度。
2016-10-26 nucl-ex physics.ins-det
Motional Spin Relaxation in Large Electric Fields
讨论了自旋极化超冷中子（UCN）和$^{3}$ He原子在均匀磁场和静态电场中的进动，计算了运动$v\times E$磁场的自旋弛豫效应.粒子在电场中的运动产生运动的$v\times E$磁场，当与碰撞结合时，产生总磁场的变化，并导致中子和$^{3}$ He样品的自旋弛豫。自旋极化UCN和$^{3}$ He原子的自旋弛豫时间$T_{1}$（纵向）和$T_{2}$（横向）是SNS \emph{nEDM}实验中中子电偶极矩新搜索的重要考虑因素。我们使用蒙特卡罗方法模拟自旋弛豫由于运动$v\times E$场的UCN和$^{3}$ He原子在温度低于$600,\mathrm{mK}$。我们发现由于$v\times E$效应的中子的弛豫时间比中子寿命长，而$^{3}$ He弛豫时间对于\emph{nEDM}实验可能是重要的。
2008-07-02 nucl-ex
V2:Performance of the solid deuterium ultra-cold neutron source at the pulsed reactor TRIGA Mainz
介绍了脉冲堆TRIGA Mainz上最大峰值能量为10 MJ的固体氘超冷中子源的性能。体积为V=160 cm 3（8 mol）的固体氘转换器暴露于4.5 × 10^13 n/cm 2的热中子注量，在实验区域的生物屏蔽外，每个脉冲可提供高达550 000 UCN。在V ~ 10 L的不锈钢瓶中获得的UCN密度约为10/cm 3，储存效率约为20%。测得的UCN产量比较以及从蒙特卡罗模拟开发的源建模和优化其性能的TRIGA美因茨到UCN物理的用户设施即将升级的预测。
2014-01-17 nucl-ex physics.ins-det
Ultracold Neutrons
超冷中子（UCN）是可以在实验装置中储存几分钟的自由中子。中子的一些最重要的性质，如微小的永久电偶极矩和β衰变寿命，最好用UCN测量。同时，UCN也在寻找动机良好但未知的假设性额外互动。在低能量、精确物理学领域的这种测量可能会对从粒子物理学到宇宙学产生深远的影响。大多数实验是统计有限的，需要高强度的UCN源。PSI的UCN源处于该领域的最前沿，是国际nEDM合作及其世界领先的中子电偶极矩搜索的所在地。本文旨在概述使用超冷中子强调PSI活动的迷人研究，包括由nEDM合作开创的各种物理侧分析。
2020-06-08 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Neutron lifetime beam anomaly and possible explanation
本文对中子寿命的实验测量作了评述。最新的引力阱（PNPI NRC KI）和磁阱（LANL，USA）测量证实了PNPI小组在2005年获得的结果。用UCN储存法进行的测量结果符合得很好，但在3.6σ（衰变几率的1%）水平上与束流法实验有显著的差异。最新的最精确的测量中子衰变不对称性和中子寿命测量的存储方法是一致的标准模型。本文讨论了在中子寿命测量中产生误差的可能原因。最可能的原因显然是在束流方法实验中，由于质子与剩余气体的电荷交换碰撞，在磁阱中储存期间质子的损失。质子变成中性并离开阱，这导致记录的质子数量减少，即中子衰变概率降低或测量的中子寿命增加。
2019-12-19 nucl-ex
Measured velocity spectra and neutron densities of the PF2 ultracold-neutron beam ports at the Institut Laue--Langevin
超冷中子（UCN）是基础物理实验的重要工具。它们可以用来探测自由中子的寿命，寻找新的CP破坏过程和标准模型之外的奇异相互作用，进行拉姆齐光谱学，并进行中子-光学干涉实验。所有这些实验都需要高的中子计数率来获得良好的统计数据。为了最佳地利用实验束时间，需要准备这些实验，有时甚至需要提前模拟。为此，它是至关重要的是要知道在每个光束位置的速度依赖UCN通量。知道绝对中子通量还允许对先前收集的数据进行绝对校准。使用相同的时间的战斗实验装置，我们已经测量了差分中子通量的四个UCN束端口在PF 2仪器劳埃研究所-朗之万，格勒诺布尔。这些射束端口通常用于UCN通量实验和原理验证测试。
2021-04-06 nucl-ex physics.ins-det
Solid deuterium surface degradation at ultracold neutron sources
固体氘（sD_2）是产生超冷中子（UCN）的有效转换器。众所周知，sD_2必须足够冷，具有高纯度并且大部分处于其正态，以保证UCN在固体中的长寿命，它们从固体中被提取到真空中。由于晶体的不均匀性限制了弹性散射的平均自由程并降低了提取效率，因此块状sD_2材料的UCN透明度必须很高。在Paul Scherrer研究所和Los Alamos国家实验室的UCN源进行的观测一致表明，在对sD_2进行初始制备或后期处理（"调理"）后，UCN产率随操作时间的推移而降低。我们表明，除了质量的散装sD_2，其表面的质量是必不可少的。我们的观察和模拟支持这样的观点，即由于D_2霜层在脉冲操作下的建立，导致UCN的强烈反射和随后的损失，表面正在恶化。我们报告的UCN产率测量结果，温度和压力行为的氘源操作和调节，和UCN输运模拟。这一点，再加上光学观测的SD_2霜形成的初始透明SD_2在离线研究与脉冲热输入在北卡罗来纳州立大学UCN源的结果在一致的描述UCN产量下降。
2018-08-28 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Options for the Neutron Lifetime Measurements in Traps
不同的几何形状的中子寿命测量的方法，超冷中子存储在材料陷阱和额外的可能性，中子存储在磁存储环被认为是。
2010-06-01 nucl-ex
Possible Systematic Effects in Fomblin Coated Storage Cell Neutron Lifetime Measurements
一个新的中子寿命实验采用冷冻Fomblin产生的结果与以前的实验，使用液体Fomblin接近室温的显着分歧。这个新实验几乎没有修正，所以差异的来源是一个谜。在这里，我们从理论上研究几种可能的系统效应近室温存储实验。通过考虑重力与通常的超冷中子损失以及表面波散射损失和超冷谱演化的综合影响，发现对以前的中子寿命实验的修正是微不足道的。
2008-04-08 nucl-ex
An experimental search for an explanation of the difference between beam and bottle neutron lifetime measurements
针对冷中子束与中子储存实验测得中子寿命存在4.4个标准差差异的问题，本文分析近期UCN数据，并采用Koch和Hummel模型寻找可能解释。
2024-06-14 nucl-ex
The MCUCN simulation code for ultracold neutron physics
超冷中子（UCN）具有非常低的动能0-300 neV，因此可以存储在特定的材料或磁约束中数百秒。这使它们成为探测自然界基本对称性（例如中子电偶极矩实验的电荷宇称破坏）和为大爆炸核合成（中子寿命测量）提供重要参数的非常有用的工具。世界各地新的和计划中的UCN源正在建设更高精度的实验。MC模拟在优化具有大量参数的此类系统中发挥着重要作用，而且在估计系统效应、对分析代码进行基准测试或作为分析的一部分方面也发挥着重要作用。在PSI编写的MCUCN代码已被广泛用于UCN源光学的优化，并在基于PSI的nEDM项目内的（测试）实验的优化和分析。在本文中，我们提出了MCUCN的主要特点和有趣的基准和应用程序的例子。
2017-09-19 nucl-ex physics.ins-det
New high-sensitivity search for neutron to mirror-neutron oscillations at the PSI UCN source
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；INFN, Laboratori Nazionali del Gran Sasso（意大利国家核物理研究所大萨索国家实验室）；Paul Scherrer Institute (PSI)（保罗谢勒研究所）；Jagiellonian University（雅盖隆大学）；National Taiwan University（台湾大学）
该研究在PSI UCN源中利用高灵敏度装置，通过磁场分析和模拟排除了中子到镜像中子振荡的潜在信号参数空间，设定了新的限制。
2026-02-26 hep-ex nucl-ex
Comment to the article "Possible Systematic Effects in Fomblin Coated Storage Cell Neutron Lifetime Measurements", Steve K. Lamoreaux [1]
文章作者使用参考文献和图片讨论了我们实验中可能的系统效应。首先，这本书并不存在。作者关于低能上散射几率的假设与我们的实验极限（每次中子碰撞约6 × 10 ~（-9））有很大的矛盾（300倍）。作者关于具有较高能量的UCN的准稳定轨道的第二个假设，由于阱壁的镜面中子反射，也与我们以前的文章以及最近在arXiv上发表的最后一篇非常详细的文章中明确证明的实验数据大致矛盾。我们感到非常惊讶的是，作者详细讨论了我们实验中研究的众所周知的问题。
2007-06-21 nucl-ex
Preparation of facilities for fundamental research with ultracold neutrons at PNPI
PNPI的WWR-M反应堆提供了一个独特的机会，可以在高中子通量（约3 * 10 ^-12 n/cm^2/s）的环境中制备超冷中子（UCN）源，同时辐射放热仍在可接受范围内（约4 * 10 ^-3 W/g）。它可以在靠近反应堆堆芯的反应堆热柱内实现。该通道的直径为1 m，可以安装15 cm厚的铋屏蔽层、石墨预慢化剂（20 K时为300 dm^3）和超流氦转换器（35 dm^3）。在1.2K的温度下，可以去除约20W的热释放功率。相对于ILL反应堆处的当前冷中子束条件，在反应堆柱内使用冷中子的4pi通量可以使入射在超流氦上的冷中子通量增加100倍以上。UCN在1.2 K下的超流He中的储存寿命约为30 s，这在需要类似填充时间的喂养实验中是足够的。在40升的实验体积中，能量在50 neV到250 neV之间的UCN的计算密度约为10^4 n/cm^3。讨论了实现该项目的技术解决方案。
2009-04-17 nucl-ex
Estimated performance of the TRIUMF ultracold neutron source and electric dipole moment apparatus
针对粒子物理标准模型外理论约束需求，TUCAN合作组在TRIUMF建造超冷中子源与中子电偶极矩探测装置，本文预估了基于超流氦转换器的散裂驱动超冷中子源的极化中子产额、密度及装置的统计灵敏度与达标测量时长。
2023-01-23 nucl-ex physics.ins-det
The possible explanation of neutron lifetime beam anomaly
用UCN存储方法进行的测量结果符合得很好。最新的最精确的测量中子衰变不对称性和中子寿命测量的存储方法是一致的标准模型。然而，在$3.6σ$（衰变几率的1%）水平上，与束流方法实验存在显著差异。本文讨论了用束流法实验测量中子寿命时产生误差的可能原因。最可能的原因显然是在束流方法实验中，由于质子与剩余气体的电荷交换碰撞，在磁阱中储存期间质子的损失。质子变成中性并离开阱，这导致记录的质子数量减少，即中子衰变概率降低或测量的中子寿命增加。
2020-03-04 nucl-ex physics.ins-det
Spin flip loss in magnetic confinement of ultracold neutrons for neutron lifetime experiments
我们分析了实验中使用的磁瓶中超冷中子的自旋翻转损失，旨在精确测量中子寿命，将Steyerl $\textit{et al.}$ [Phys.Rev.C $\mathbf{86}$，065501（2012）]先前使用的一维场模型扩展到圆柱多极场的二维场模型。我们还开发了适用于三个维度的一般分析。在这里，我们将其应用到多极场和碗型场配置用于洛斯阿拉莫斯UCN $τ$实验。在所有考虑的情况下，计算的自旋翻转损失超过马约拉纳估计的许多数量级，但可以通过施加适当大小的保持场来充分抑制，以允许高精度的中子寿命测量，只要其他可能的系统误差来源得到控制。
2016-11-15 nucl-ex physics.ins-det
First ultracold neutrons produced at TRIUMF
我们在TRIUMF的一个新的专用溅射靶上安装了一个超冷中子源。该源最初是在日本开发的，使用冷却到0.9 $\,$ K的超流氦转换器。在2017年11月的一次广泛的测试活动中，我们在对目标进行一分钟照射后提取了多达325000个超冷中子，比以前使用该源实现的中子多三倍。在整个生产和指导体积中相应的超冷中子密度为5.3 $\,$ cm $^{-3}$。超冷中子在源中的贮存寿命最初为37 $\,$ s，在18天的运行期间下降到24 $\,$ s。在连续照射的溅射靶，我们能够检测到一个持续的超冷中子速率高达1500 $\,$ s $^{-1}$。模拟的UCN生产，UCN输运，温度依赖的UCN产率，和温度依赖的存储寿命显示出良好的协议与实验数据，并确认超冷中子上散射率在超流氦是成正比的$T^7$。
2018-12-16 nucl-ex physics.ins-det
The Upscattering of Ultracold Neutrons from the polymer $[C_6 H_{12}]_n$
人们普遍认为，储存阱中超冷中子（UCN）损失的主要原因是阱壁表面吸附的氢向热能范围的上散射。然而，这一结论所依据的数据很差，而且相互矛盾。在这里，我们报告的测量，在洛斯阿拉莫斯国家实验室UCN源，UCN与半结晶聚合物PMP（商品名TPX），[C $_{6}$ H $_{12}$ ] $_n$中的氢结合的相互作用后，上散射中子的通量的平均能量。我们的分析是用MCNP程序进行的，该程序基于中子散射定律对半结晶聚乙烯[C $_{2}$ H $_{4}$ ] $_n$中束缚氢向上散射的UCN的应用，导致我们的通量平均能量值为26 $\pm3$ meV，与先前报道的10至13 meV的实验值相矛盾，并与中子加热的理论模型一致。MCNP代码。
2013-08-12 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex
Neutron to Mirror-Neutron Oscillations in the Presence of Mirror Magnetic Fields
我们进行了超冷中子（UCN）存储测量，以寻找由于中子（n）到镜像中子（n '）振荡作为外加磁场B的函数而引起的额外损失。在存在镜像磁场B '的情况下，UCN损耗对于B = B'将是最大的。我们没有观察到nn'振荡的任何迹象，并将振荡时间的下限设定为在95% C. L.时tau_{nn'} > 12.0 s。对于0和12.5 μ T之间的任何B'。
2009-08-18 nucl-ex
The PanEDM Neutron Electric Dipole Moment Experiment at the ILL
中子的永久电偶极矩$d_n$被限制在低于$3\times10^{-26} e~\text{cm}$（90%C. L.）[ arXiv：hep-ex/0602020，arXiv：1509.04411 ]，通过使用超冷中子（UCN）的实验。我们计划通过PanEDM将这一限制提高一个数量级或更多，这是利用ILL的新UCN源SuperSUN的第一个实验。预计SuperSUN将提供能量低于80 neV的高密度UCN，这意味着相对于现有来源的统计范围扩大，用于依赖于长存储或自旋进动时间的实验。PanEDM中的系统误差被无源磁屏蔽强烈抑制，磁场和梯度漂移在单个fT水平。通过高静态阻尼因子和内置线圈系统，在低剩余场中实现了$10^{-4}$量级的保持场均匀性。$d_n$的第一个数量级改进不需要Comagnetometer，这要归功于高磁稳定性和UCN存储体积之外的各种传感器。PanEDM将与SuperSUN并行调试和升级，以充分利用每个阶段的源输出。调试将于2019年进行，在调试设备中有两个完整的反应堆循环数据的情况下，中期$10^{-27} e~\text{cm}$范围内的新限值应该是可能的。
2019-11-20 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Measuring the Neutron Lifetime Using Magnetically Trapped Neutrons
中子β衰变寿命在理解标准模型框架内的弱相互作用和大爆炸核合成中4He原始丰度的理论预测中起着重要作用。在以前的工作中，我们成功地证明了超冷中子（UCN）在保守势磁阱中的捕获。美国国家标准与技术研究所中子研究中心（NCNR）对该装置的重大升级即将完成。在我们的方法中，一束0.89 nm的中子入射到超流4He目标内的最小场区域的Ioffe型磁阱。一小部分中子在氦中向下散射到能量小于200 neV，而那些处于适当自旋状态的中子则被捕获。在低于200 mK的温度下，氦的低声子密度抑制了逆过程，使中子不受干扰地旅行。当中子衰变时，高能电子电离氦，产生闪烁光，用光电倍增管检测。由于场强和阱体积的显著增加，导致捕获的中子增加了20倍，因此以前装置的统计局限性将得到缓解。
2009-03-31 nucl-ex
Measurement of the neutron $β$-asymmetry parameter $A_0$ with ultracold neutrons
我们提出了一个详细的报告的测量中子$β$ -不对称参数$A_0$，宇称违反中子自旋和衰变电子动量之间的角相关，与极化超冷中子（UCN）。UCN从脉冲溅射固体氘源中提取，并经由通过7-T磁场的传输而极化。极化的UCN，然后通过绝热快速通过自旋翻转器场区域，然后在位于1-T $2 \times 2π$螺线管光谱仪内的圆柱形衰变体积存储。不对称性是从位于光谱仪两端的多丝正比室和塑料闪烁体探测器包中的衰变电子的测量中提取的。从2008年和2009年运行期间获得的数据的分析，我们报告$A_0 = -0.11966 \pm 0.00089_{-0.00140} ^{+0.00123}$，从中我们提取的核子，$λ= g_A/g_V = -1.27590 \pm 0.00239_{-0.00377}^{+0.00331}$的弱轴向矢量和矢量耦合常数的比值。分析的完整细节。
2012-07-25 nucl-ex
Measurement of the neutron lifetime using a magneto-gravitational trap
自由中子寿命$τ_n$的精确测量，当与轴向矢量形状因子的测量相结合时，可以用于测试CKM矩阵的么正性。非么正性是物理学超越标准模型（BSM）的一个信号。对BSM物理的灵敏度要求$τ_n$的测量精度达到0.1~s。然而，测量$τ_n$的两种主要技术（通俗地说是光束测量和瓶测量）相差近10 μ s。UCN $τ$是一个使用磁引力阱和原位中子探测器的中子寿命实验。在这个陷阱中的中子是不容易损失的材料壁在以前的瓶测量。此外，原位探测器允许对捕获的超冷中子进行光谱监测。在这次演讲中，我将介绍我们的最新结果- $τ_n=877.7\pm0.7_\text{(stat.)}+0.4/-0.2_\text{(sys.)}$ ~s。我也将提出蒙特卡罗模拟的系统影响，包括加热和光谱清洗的实验。
2018-10-01 nucl-ex physics.ins-det
Improved search for neutron to mirror-neutron oscillations in the presence of mirror magnetic fields with a dedicated apparatus at the PSI UCN source
虽然Paul Scherrer研究所（PSI）的国际nEDM合作在2017年获得的数据覆盖了假设中子（$n$）到镜像中子（$n'$）跃迁的声称潜在信号的相当大一部分参数空间，但它无法在各种镜像磁场下测试所有声称的信号区域。因此，PSI正在进行一项使用储存超冷中子（UCN）的$n-n'$振荡的新研究，大大扩展了镜像磁场（$B'$）和振荡时间常数（$τ_{nn'}$）参数空间的范围。新装置的设计是为了测试储存的超冷中子作为施加磁场的函数的异常损失。该实验与以前的实验不同之处在于它有一个非常大的储存容器（1.47 m $^3$），提高了它的统计灵敏度。在2020年的测试实验中，我们展示了我们设备的能力。然而，对我们最近数据的全面分析仍有待进行。基于已经证明的性能，我们将达到对振荡时间$τ_{nn'}/\sqrt{\cos(β)}$的灵敏度远高于100秒，其中$β$是$B'$和所施加的磁场$B$之间的角度。$B$的扫描将允许发现或全面排除在以前的实验分析中报告的潜在信号，并建议与中子到镜像中子振荡一致。
2021-10-31 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
High-Density Ultracold Neutron Source for Low-Energy Particle Physics Experiments
Universität Heidelberg（海德堡大学）；Institut Laue–Langevin（朗之万研究所）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Technische Universität München（慕尼黑工业大学）；STFC Rutherford Appleton Laboratory（STFC卢瑟福阿普尔顿实验室）
该研究介绍了劳厄-朗之万研究所的SuperSUN超冷中子源，利用中子在低温超流$^4$He中的非弹性散射，实现连续运行，展示了高提取率和饱和密度存储，其低能原位超冷中子谱可调节，为粒子物理实验带来新可能。
2026-07-27 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Numerical simulations on cleaning the neutron trap for measuring the neutron lifetime
本文给出了磁阱中超冷中子（UCN）轨道动力学行为的数值模拟结果。我们的模拟的主要目标是优化的陷阱参数，以尽量减少的特征时间，从陷阱中去除那些未捕获的中子与相对较长的逃逸时间（清洗陷阱）。我们的结果表明，通过适当选择阱参数，清洗时间可以减少到15秒，甚至更少。许多其他的动力学特性的中子在阱中，包括绝热不变量的守恒的特点沿局部磁场的磁矩的方向，也进行了讨论。
2006-11-06 astro-ph nucl-ex nucl-th
The n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute
我们提出了新的光谱仪的中子电偶极矩（nEDM）的搜索在保罗谢勒研究所（PSI），称为n2EDM。该装置是在室温真空中使用超冷中子。n2EDM具有大型UCN双储存室设计，中子输运适应PSI UCN源。该设计建立在从PSI运营到2017年的以前设备中获得的经验基础上。根据先前设备的可扩展结果以及2016年实现的UCN源性能，计算了新基线设置的灵敏度增加数量级。
2019-02-27 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Search for explanation of the neutron lifetime anomaly
在过去的20年里，用UCN储存方法进行的中子寿命测量的所有结果都符合得很好。这些结果与最近在标准模型中对中子衰变不对称性的最精确的测量是一致的。然而，在$3.6σ$（衰变概率的1%）水平上，储存方法实验的平均结果与用束方法进行的最准确测量之间存在显著差异。这篇文章讨论了这种差异的可能原因。我们的重点是寻找光束实验中可能的系统修正的谱。四个独立的来源的系统误差，这还没有得到适当的解决，在专门的光束技术的文章进行了审议。其中两个来源与质子在电磁场中的运动和剩余气体的弹性散射有关。第三个错误涉及探测器死层中的质子损失。它示出了相应的校正需要更详细的分析比在描述的光束测量方法的文件中给出的。系统误差的第四个来源是残余气体上的电荷交换过程。在梁法实验中忽略了该过程的影响。我们提出的论点，仔细分析这个问题是必要的，因为建议的质子损失校正降低了测得的寿命。对于剩余气体上的质子电荷交换问题，研究了可能的修正谱。结果表明，为了准确计算修正，有必要直接测量质子阱内剩余气体的浓度和组成。分析表明，即使只有$H_2$分子的存在也可以导致显着的校正，这是中子异常的最可能的解释。
2021-02-26 nucl-ex
Observation of gravitationally induced vertical striation of polarized ultracold neutrons by spin-echo spectroscopy
本文描述了一种自旋回波法测量旋进室中暴露于$|B_0|=1~\text{μT}$磁场中的超冷中子。我们已经证明，结合周围磁场的知识的UCN自旋回波共振信号的分析提供了一个很好的方法，通过该方法来重建一个受限的中子系综的能谱。该方法利用了由不同能量的存储UCN的引力诱导条纹产生的自旋的相对移相，并且还允许以$1.1~\text{pT/cm}$的异常精度改进垂直磁场梯度的确定。这种新颖的组合，一个著名的核共振方法和引力引起的垂直条纹是独特的核和粒子物理学领域，并应证明是非常宝贵的评估系统的影响，在精密的实验，如搜索的电偶极矩的中子或中子寿命的测量。
2015-09-08 nucl-ex physics.ins-det
Spin flip loss in magnetic storage of ultracold neutrons
我们分析了超冷中子的去极化限制在一个磁场配置类似于现有的或拟议中的磁引力存储实验，旨在精确测量的中子寿命。我们使用近似的量子力学分析，如Walstrom \emph{et al} [Nucl.Instrum. A 599，82（2009）]。我们的分析并不局限于中子运动的纯垂直模式。横向运动被示出，导致在磁存储陷阱中的主要去极化损失。
2013-07-19 nucl-ex
Measurement of the neutron lifetime with ultra-cold neutrons stored in a magneto-gravitational trap
本文报道了一种新的中子寿命测量方法，即用超冷中子储存在由永磁体构成的磁引力阱中。在固定的储存时间后，在阱中存活的中子已经被计数，并且在储存期间通过检测从阱泄漏的中子来连续监测阱损失。由此测量得到的中子寿命值为$τ_n=(878.3\pm1.9)$ s。这是用磁存储中子获得的中子寿命的最精确测量。
2014-12-23 nucl-ex physics.ins-det
The connection between zero chromaticity and long in-plane polarization lifetime in a magnetic storage ring
在本文中，我们证明了磁存储环与额外的六极场设置，使x和y的色度消失，面内极化（IPP）的寿命最大化为0.97 GeV/c的氘核束之间的连接。通过连续监测束内碳靶偏振计中的向下-向上散射不对称性（对侧向偏振敏感）并由于氘核的磁异常而展开IPP的进动来测量IPP的幅度。长IPP寿命的最佳操作条件是通过扫描存储环六极磁体系列的磁场，同时观察在束流存储期间IPP损失的速率来获得的。束被聚束并被电子冷却。IPP的损失出现从轨道周长的变化，因此，粒子的速度和自旋调谐，由于在光束中的单个粒子的横向电子感应加速器振荡。这些变化的影响被适当的六极场设置所抵消。
2017-10-25 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
