Experimental investigation of the low molecular weight fluoropolymer for the ultracold neutrons storage
描述了用于检测低分子量含氟聚合物CF $_{3}$（CF $_{2})_{3}$ -O-CF $_{2}$ -O-（CF $_{2})_{3}$ CF $_{3}$）的实验装置，该低分子量含氟聚合物是用于超冷中子储存室壁的有希望的涂层材料。结果是详细的。测量数据解释的模型中的多层复杂的量子力学势的室壁。
2018-10-29 nucl-ex physics.ins-det
New source for ultracold neutrons at the Institut Laue-Langevin
在劳厄-朗之万研究所的专用束线上安装了一个新的超冷中子（UCN）强超热源。波长为0.89 nm的入射中子在约0.7 K的温度下在填充有超流体$^4$ He的5升体积中转换成UCN。UCN可以提取到室温实验。我们提出的低温设置的源，冷中子束的表征，和UCN生产测量，其中UCN密度在生产体积至少为55每厘米$^3$确定。
2014-04-14 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
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
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
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
Polarized cold-neutron reflectometry at JRR-3/MINE2 for the development of ultracold-neutron spin analyzers for a neutron EDM experiment at TRIUMF
本文提出用极化冷中子反射测量补充常规超冷中子透射实验，以加速研制TRIUMF中子EDM实验所需的铁膜UCN自旋分析器，并报告了JRR-3/MINE2的首批测试结果。
2024-09-04 nucl-ex physics.ins-det
Experimental study of ultracold neutron production in pressurized superfluid helium
在饱和蒸汽压~ 20巴范围内，我们对超流氦中超冷中子（UCN）产生的压力依赖性进行了实验研究。中子速度选择器通过改变入射冷中子（CN）的波长，在3.5 ~ 10 μ m范围内分离出单声子和多声子过程。预测的压力依赖性UCN生产来自非弹性中子散射数据证实了单声子激发。对于基于多声子的UCN生产，我们发现对压力没有显著的依赖性，而根据非弹性中子散射数据的计算预测，在20巴相对于饱和蒸汽压增加43（6）%。从我们的数据中，我们得出结论，在典型的CN指南中，对超流氦施加压力不会增加整体UCN生产率。
2015-07-29 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
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
PENTrack---a simulation tool for ultracold neutrons, protons, and electrons in complex electromagnetic fields and geometries
捕获低能粒子的现代精密实验需要详细模拟粒子轨迹和自旋进动，以确定系统测量的局限性和设备缺陷。我们开发了PENTrack，这是一种允许模拟超冷中子及其衰变产物-质子和电子-的轨迹以及它们在复杂几何形状和电磁场中的自旋进动的工具。超冷中子与物质的相互作用与费米势的形式主义和漫散射朗伯和微观粗糙度模型实现。几个基准模拟的结果与STARucn v1.2一致，揭示了Geant 4 v10.2.2中的几个缺陷，并与实验数据一致。实验几何和电磁场可以从商业计算机辅助设计和有限元软件中导入。所有模拟参数都在简单的文本文件中定义，允许快速更改。模拟代码是用C++编写的，可以在github.com/wschreyer/PENTrack.git上免费获得。
2017-02-18 nucl-ex physics.ins-det
Ultracold Neutron Properties of the Eljen-299-02D deuterated scintillator
本研究针对Eljen-299-02D氘化闪烁体，探究其超冷中子的费米势与单次反弹损失特性，为基础中子研究领域的多种应用提供支撑。
2020-09-25 nucl-ex physics.ins-det
Study of Thin Iron Films for Polarization Analysis of Ultracold Neutrons
TUCAN（TRIUMF超冷先进中子）合作旨在以前所未有的精度搜索中子电偶极矩（nEDM）。nEDM测量的基本要素之一是超冷中子（UCN）的偏振分析仪，其主要成分是磁化的薄铁膜。几个薄铁膜沉积在铝和硅基板上，并通过振动样品磁强计和冷中子反射仪进行了表征。使铁膜饱和所需的磁场对于铝基板上的铁膜为$\sim$ 12 kA/m，对于硅基板为6.4 kA/m。通过中子反射计估计Si衬底上的铁膜的磁势为2 T，这对于nEDM测量的UCN偏振分析仪是足够的性能。
2022-07-18 nucl-ex physics.ins-det
Characterization of ultracold neutron production in thin solid deuterium films at the PSI Ultracold Neutron source
我们在Paul Scherrer研究所（PSI）的超冷中子（UCN）源的固体氘（sD $_2$）慢化剂中通过超热转换测定了UCN产生率。特别地，我们考虑了少量的小于$20\,$摩尔的D $_2$，其以几mm厚的薄膜沉积在冷却的慢化剂容器表面上。我们测量了氘的同位素（$ c_\text{HD} < 0.2 \, \% $）和同分异构体（$ c_\text{para} \le 2.7 \, \% $）纯度，从而得出结论，在$5\,$ K下的吸收和上散射对来自薄膜的UCN产率具有可忽略的影响。我们比较了计算的UCN产额的基础上，以前测得的热中子通量从重水热慢化剂测量的UCN计数率在束端口。我们证实了我们的结果，从而证明了UCN的生产和运输的来源模拟的绝对特征。
2023-03-14 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
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
Ultracold neutron storage and transport at the PSI UCN source
有效的中子输运是超冷中子源性能的关键因素，对于满足高精度基础物理实验的挑战至关重要。在Paul Scherrer研究所的UCN源，我们一直在不断提高我们对UCN源参数的理解，通过进行一系列研究来表征中子的产生和慢化，以及UCN的产生，提取和传输效率到束端口。本研究的绝对UCN运输效率完成了我们以前的出版物。我们报告的补充测量，即一个高度相关的UCN密度和第二个UCN的校准量的传输超过~16米长的UCN引导部分连接一个beamport通过源存储容器到另一个beamport。这些使我们能够基于广泛的蒙特卡罗模拟来量化和优化引导系统的性能。
2021-10-25 nucl-ex physics.ins-det
In-situ measurement of the velocity spectrum of ultracold neutrons and its evolution using an oscillating detector
超冷中子（UCN）被用于研究基本相互作用、检验粒子物理学的标准模型和寻找超越标准模型的现象的实验中。所提出的新方法允许原位测量的UCN速度分布及其时间演化。此外，建议的UCN光谱仪可以是一个方便的诊断工具，用于监测在UCN传输系统连接UCN源与实验的关键位置的光谱。在本文中，我们展示了在Paul Scherrer研究所的UCN源进行测量的结果。
2022-12-04 nucl-ex physics.ins-det
$τ$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
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
Optimizing neutron moderators for a spallation-driven ultracold-neutron source at TRIUMF
我们报告我们的努力，以优化的几何形状的TRIUMF超冷先进中子（TUCAN）源使用MCNP模拟的中子减速器和转换器。它将使用一个现有的散中子源，由TRIUMF的520 MeV回旋加速器提供的19.3千瓦质子束驱动。散中子将在室温下的重水和20 K的液态氘中慢化，然后在超流、同位素纯化的$^4$ He中超热转化为超冷中子。氦气将通过$^3$ He- $^4$ He热交换器由$^3$ He制冷机冷却。优化考虑了一系列工程和安全要求，并指导了源的详细设计。对于27 L的生产体积，输送到典型实验的预测超冷中子密度最大化，实现了$1.4 \cdot 10^7$ s $^{-1}$到$1.6 \cdot 10^7$ s $^{-1}$的生产速率，热负荷为8.1 W。在这个热负荷下，冰箱可以将超流氦冷却到1.1 K，从而使超冷中子在源中的储存寿命约为30 s。最关键的性能参数是冷减速剂的选择和包含超流氦的容器的体积、厚度和材料。该源计划于2021年安装，将使TUCAN合作能够以$10^{-27}$ e cm的灵敏度测量中子的电偶极矩。
2020-01-22 nucl-ex physics.acc-ph 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
Towards TUCAN's Search for the Neutron Electric Dipole Moment
TRIUMF超冷先进中子（TUCAN）合作是一个跨太平洋的合作，目标是测量中子电偶极矩。我们的目标是达到前所未有的$10^{-27}\,e$ cm灵敏度，比目前这个难以捉摸的量的上限提高30倍。为了实现这一目标，我们正在计划下一代超冷中子源，基于TRIUMF的新的专用中子源，液体氘作为冷慢化剂，超流氦作为超冷中子转换器。为了在20 $\,$ kW的全束功率下操作，$^3$ He制冷机将在0.8 $\,$ K下提供10 $\,$ W的冷却功率，将转换器冷却到1.1 $\,$ K的温度。
2018-09-28 nucl-ex physics.ins-det
A Cold/Ultracold Neutron Detector using Fine-grained Nuclear Emulsion with Spatial Resolution less than 100 nm
利用核乳胶研制了一种空间分辨率小于100 nm的新型冷/超冷中子探测器。该探测器由一个细颗粒核乳胶涂层和一个50 nm厚的$^{10}$ B $_4$ C层的中子转换。探测器在J-PARC暴露于冷中子和超冷中子（UCN）。对于冷中子和超冷中子，测得探测效率分别为（0.16 $\pm$ 0.02）%和（12 $\pm$ 2）%，与转换器中$^{10}$ B含量一致。单个中子的位置可以通过观察记录在核乳胶中的次级粒子径迹来确定。发现入射中子的空间分辨率在tan $θ\leq 1.9$的角度区域中在11-99 nm的范围内，其中$θ$是记录轨道与转换器层的法线方向之间的角度。与传统技术相比，所实现的空间分辨率对应于一个或两个数量级的提高，并且与UCN的波长相当。
2018-03-01 hep-ex nucl-ex physics.ins-det
Evaluation of commercial nickel-phosphorus coating for ultracold neutron guides using a pinhole bottling method
我们报告的商业化学镀镍磷（NiP）涂层的超冷中子（UCN）的运输和存储的评价。利用Lujan中心的飞行时间谱仪ASTERIX测量了不锈钢和铝基体上50~ $μ$ m厚NiP涂层的材料电势为$V_F = 213(5.2)$ ~neV。在洛斯阿拉莫斯中子科学中心和劳厄-朗之万研究所的超冷中子源上进行的针孔装瓶实验中测量了每次反弹的损失概率。对于这些测试，使用新的引导耦合设计来最小化引导部分之间的间隙。观察到的UCN在瓶子中的损失被解释的能量无关的有效损失每次反弹，这是适当的模型时，在系统中的间隙和向上散射是主要的损失机制，产生的损失每次反弹$1.3(1) \times 10^{-4}$。我们还提出了一个详细的讨论针孔装瓶方法和能量依赖的实验结果分析。
2017-03-01 nucl-ex physics.ins-det
The Precision nEDM Measurement with UltraCold Neutrons at TRIUMF
TRIUMF超冷先进中子（TUCAN）合作旨在实现精确的中子电偶极矩（nEDM）测量，其不确定度为$10^{-27}\,e\cdot\mathrm{cm}$，比当前的nEDM上限好一个数量级，使我们能够测试超对称性。为了实现这一精度，我们正在开发一种新的高强度超冷中子（UCN）源，使用超流氦（He-II）中的超热UCN生产和nEDM光谱仪。本文报道了它们的发展现状。
2022-07-19 nucl-ex physics.ins-det
YAP:Ce scintillator as an absolute ultracold neutron detector
本文提出一种涂覆¹⁰B的YAP:Ce闪烁体作为绝对超冷中子探测器，利用其高费米势和短衰减时间降低上散射并适应高计数率，实验测得中子计数效率约86.82%，且相比ZnS屏多计数8%至28%的超冷中子。
2024-03-27 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
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
High-Sensitivity Measurement of 3He-4He Isotopic Ratios for Ultracold Neutron Experiments
从固态氦的研究到寻找中子电偶极矩的研究工作都需要同位素纯化的氦，其3 He与4 He的比例低于可以使用传统质谱技术测量的水平。我们展示了一种使用加速器质谱进行测量的方法，达到10 e-14的灵敏度水平，比其他技术灵敏几个数量级。与中子寿命测量相关的样品中3 He/4 He的测量表明需要进行大量修正。我们还认为，有一个明确的路径，至少另一个数量级的敏感性增加。
2015-12-31 nucl-ex physics.ins-det
Replika Mirrors - Nearly Loss-Free Guides For Ultracold Neutrons
研究了用一种称为{ \sc <$ka}的专用技术制备的超冷中子（UCN）波导的反射率。导轨由镍制成，表面质量是从玻璃层复制的。这导致表面粗糙度小于10 μ m。反射率测量为99.9%或更高。这些指南可用于目前或未来的UCN源，将UCN远距离运输到相应的实验，而不会有重大损失。
2007-03-27 physics.ins-det
Scattering cross sections of liquid deuterium for ultracold neutrons: Experimental results and a calculation model
我们提出了超冷中子（UCN）在液态氘（T = 20.6 K）中的散射截面$σ_\text{scatt}$，最近通过透射实验测量。解释了必要的原始数据处理程序。基于适当的物理概念，提出了流体力学极限下液态氘相干和非相干散射的计算模型，并与实验数据进行了较好的拟合。非相干近似的UCN在液体氘散射的适用性进行了测试，并发现提供可接受的结果。
2015-11-22 nucl-ex physics.flu-dyn physics.ins-det
Ultracold Neutron Storage Simulation Using the Kassiopeia Software Package
Kassiopeia软件包最初是为了模拟中微子质量测量实验中的电磁场和带电粒子轨迹而开发的。最近对Kassiopeia的补充也使其能够根据其磁矩模拟磁场中的中性粒子轨迹。实现了两种不同的方法：一种是可以适用于任意场的精确方法，另一种是绝热方法，该方法仅限于缓慢变化的场，但对于大的进动频率要快得多。还增加了额外的相互作用，以模拟超冷中子从材料壁的反射，并允许自旋翻转脉冲。这些工具被用来模拟在保罗谢勒研究所的中子电偶极矩实验中的中子进动，并预测的纵向和横向弛豫时间以及捕获寿命的值。所有这三个参数被发现密切匹配的精确和绝热方法模拟时，实验确定的值，确认Kassiopeia是能够准确地模拟中性粒子。这为Kassiopeia未来用于下一代原子陷阱和超冷中子实验的原型打开了大门。
2018-11-13 nucl-ex physics.comp-ph physics.ins-det
Estimated performance of the TRIUMF ultracold neutron source and electric dipole moment apparatus
针对粒子物理标准模型外理论约束需求，TUCAN合作组在TRIUMF建造超冷中子源与中子电偶极矩探测装置，本文预估了基于超流氦转换器的散裂驱动超冷中子源的极化中子产额、密度及装置的统计灵敏度与达标测量时长。
2023-01-23 nucl-ex physics.ins-det
Strong scattering and parallel guiding of ultracold neutrons
对于动能低于10 neV的超冷中子，可以在C和$^7$ Li的超材料中获得以$2πl_{c} / λ\leq 1$为特征的强散射。这里，$l_{c}$和$λ$分别是相干散射平均自由程和中子波长。UCN干涉测量和高分辨率光谱（nano-electronvolt到pico-electronvolt分辨率）在平行波导阵列的中子超材料作为新的实验可能性的例子。
2020-09-16 physics.ins-det quant-ph
Gravity experiments with ultracold neutrons and the qBounce experiment
这项工作的重点是控制和理解的引力相互作用的基本量子系统。它提供了一种基于量子干涉的引力新方法：超冷中子，量子粒子，作为物体和工具。超冷中子作为一种工具，在地球重力势中以定义明确的量子态从镜子反射，从而允许应用重力共振谱（GRS）的概念。GRS依赖于频率测量，这提供了惊人的灵敏度。
2015-10-11 hep-ex physics.ins-det
Neutron optics of the PSI ultracold neutron source: characterization and simulation
Paul Scherrer研究所的超冷中子源主要用于基础物理实验。高UCN强度是此类实验取得进展和成功的关键。需要详细了解所有源参数，以便将来进行改进。在这里，我们提出了UCN源组件，中子光学元件，重要的相关参数，如排空时间，存储时间或传输概率的UCN，最终定义的UCN强度在束端口交付的表征。我们还介绍了一个详细的模拟模型的PSI UCN源，用于分析测量和提取表面参数。
2019-07-12 hep-ex physics.ins-det
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
Scattering of ultracold neutrons from rough surfaces of metal foils
超冷中子（UCN）金属箔的透明性在未来高密度UCN源的设计中起着重要作用，这将为许多基础物理实验提供支持。在这项工作中，我们描述和讨论的非常慢的中子（UCN和非常冷的中子）通过铝箔的Al，Cu和Zr的各种厚度在室温下的准直束的测量传输。我们的目标是分离散射和吸收的样品散装表面散射，并量化的表面的贡献。我们能够证明，这些箔的表面粗糙度引起的UCN散射的一个显着的分数。从UCN测量中提取的表面粗糙度参数$b$被证明是由原子力显微镜确定的表面参数相同的数量级。它们的厚度在几百埃左右。使用这里开发的形式主义，从以前的中子光学实验的透射数据进行重新分析，并提取其表面粗糙度参数$b$。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.ins-det
A New High-Intensity Source for Ultracold Neutrons
Nagoya University（名古屋大学）；University of Manitoba（曼尼托巴大学）；TRIUMF（特里姆夫实验室）；Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）；University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；The University of Winnipeg（温尼伯大学）；The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Department of Nuclear Engineering, Kyoto University（京都大学核工学科）；Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science (KURNS), Kyoto University（京都大学综合辐射与核科学研究所（KURNS））；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）
TRIUMF超冷先进中子（TUCAN）合作完成超冷中子新源，利用散裂靶中子经重水等慢化，超流氦中非弹性散射使中子减速成超冷中子，运行检测到高计数率。
2026-10-19 nucl-ex physics.ins-det
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
Ultracold Neutron Sources: An Essentially Enhanced Optimal Operation Temperature for Ortho-Deuterium-Based Superthermal Converters
Heinz Maier-Leibnitz Zentrum (MLZ), Technical University Munich（海因茨·迈尔-莱布尼茨中心，慕尼黑工业大学）；Technical University Munich, TUM School of Natural Sciences, Physics Department（慕尼黑工业大学，自然科学学院，物理系）
该研究修正了超冷中子源最优工作温度的传统结论，得出基于正氘的超热转换器最优温度为10-12K，放宽了相关实验的低温运行条件。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.ins-det
Gravitationally enhanced depolarization of ultracold neutrons in magnetic field gradients, and implications for neutron electric dipole moment measurements
多年来，被俘获的超冷中子（UCN）一直是寻找中子电偶极矩（EDM）的实验的支柱，EDM是超越标准模型的新物理学约束场景的关键参数。因为它们的能量如此之低，UCN优先填充其物理外壳的较低区域，并且不均匀地对整个存储体积的环境磁场进行采样。这导致去极化率大幅增加，以及存储中子的测量频率发生变化。EDM测量的后果进行了讨论。
2013-06-05 hep-ex physics.atom-ph physics.ins-det
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
Detection of ultracold neutrons with powdered scintillator screens
Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Tennessee Technological University（田纳西理工大学）；University of Illinois（伊利诺伊大学）；East Tennessee State University（东田纳西州立大学）；New Mexico State University（新墨西哥州立大学）
本研究比较了YAP:Ce和LYSO:Ce两种闪烁体作为超冷中子探测器的性能，发现YAP:Ce在荧光和计数率方面均优于LYSO:Ce。
2026-01-15 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
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
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
Performance of the upgraded ultracold neutron source at Los Alamos National Laboratory and its implication for a possible neutron electric dipole moment experiment
洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）的超冷中子（UCN）源使用固体氘作为UCN转换器，并由加速器散中子驱动，已成功运行10多年，为各种实验提供UCN，作为第一个基于超热过程的生产UCN源。它最近进行了重大升级。本文介绍了改进后的LANL UCN源的设计和性能。冷中子谱和UCN密度的测量和蒙特卡罗预测相比。源显示为如所建模的那样执行。在生物防护罩出口处测得的UCN密度为$184(32)$ UCN/cm $^3$，比先前报道的最高值增加了4倍。存储在外部腔室中的极化UCN密度被测量为$39(7)$ UCN/cm $^3$，其足以进行实验以搜索具有$σ(d_n) = 3\times 10^{-27}$ $e\cdot$ cm的一个标准偏差灵敏度的非零中子电偶极矩。
2018-01-16 nucl-ex physics.acc-ph physics.ins-det
Measurement of spin-flip probabilities for ultracold neutrons interacting with nickel phosphorus coated surfaces
我们测量了超冷中子与镍磷涂层表面相互作用的自旋翻转几率。对于50~ $μ$ m厚的镍磷镀层，发现每次反弹的自旋翻转概率为$β_{\rm NiP\;on\;SS} = (3.3^{+1.8}_{-5.6}) \times 10^{-6}$。对于50~ $μ$ m厚的镍磷涂层，发现每次反弹的自旋翻转概率为$β_{\rm NiP\;on\;Al} = (3.6^{+2.1}_{-5.9}) \times 10^{-6}$。对于用作参考的铜波导，发现每次反弹的自旋翻转概率为$β_{\rm Cu} = (6.7^{+5.0}_{-2.5}) \times 10^{-6}$。镍磷涂层表面的结果可解释为上限，产生$β_{\rm NiP\;on\;SS} < 6.2 \times 10^{-6}$（90\%CL）和$β_{\rm NiP\;on\;Al} < 7.0 \times 10^{-6}$（90% C.L.）分别对不锈钢上50~ $μ$ m厚的镍磷镀层和铝上50~ $μ$ m厚的镍磷镀层进行了腐蚀试验。当需要低成本、机械强度高、非去极化且具有高费米电位的UCN波导时，镍磷涂层不锈钢或铝提供了一种解决方案。
2016-04-02 nucl-ex physics.ins-det
Compact ultracold neutron source concept for low energy accelerator-driven neutron sources
提出了一种基于脉冲质子加速器的小型超冷中子源的概念。紧凑型UCN源的基本思想是在（p，n）反应的低辐射中子产生靶附近用超冷慢化剂封闭一定体积的超流$^{4}\mathrm{He}$转换器。超冷慢化剂应具有产生冷中子通量的能力，该冷中子通量具有接近超流$^{4}\mathrm{He}$转换器的单声子激发带的峰值亮度，从而即使具有非常低的中子亮度强度也能增加紧凑型UCN源中的UCN产生。研究了紧凑型UCN源的UCN产量和UCN转换器中的热负荷的性能。利用所提出的紧凑UCN源的概念，可以在UCN转换器中获得$P_{\mathrm{UCN}}=80\mathrm{UCN}/\mathrm{cc}/\mathrm{sec}$的UCN生产率，同时将超流体$^{4}\mathrm{He}$及其容器上的热负荷维持在$22\mathrm{mW}$的水平。研究表明，紧凑的UCN源可以在小规模、低能量、脉冲质子束装置上产生足够高密度的UCN，并且减少了冷却和辐射防护的努力。
2021-03-16 physics.ins-det
Improving of ultracold neutron traps coated with liquid helium using capillarity and electric field
针对粗糙侧壁涂覆液态⁴He的超冷中子阱边缘氦膜不足的问题，提出施加电压增厚氦膜以提升存储时间的方案，还估算了所需电场参数及电场对表面波量子色散的影响。
2023-03-16 physics.ins-det
Initial results of the TRIUMF ultracold advanced neutron source
University of Manitoba（曼尼托巴大学）；TRIUMF（特柳姆弗国家粒子加速器中心）；Instituto de Física, Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学物理研究所）；University of Saskatchewan（萨斯喀彻温大学）；Simon Fraser University（西蒙菲莎大学）；The University of Winnipeg（温尼伯大学）；The University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Department of Nuclear Engineering, Kyoto University（京都大学核工系）；Institute for Integrated Radiation and Nuclear Science (KURNS), Kyoto University（京都大学综合辐射与核科学研究所）；North Carolina State University（北卡罗来纳州立大学）；Research Center for Nuclear Physics (RCNP), The University of Osaka（大阪大学核物理研究中心）
TRIUMF利用新超流^4He源产生超冷中子，用于精确测量中子电偶极矩。实验观测到9.3×10^5个超冷中子，结果显示源性能符合预期，有望实现最终生产目标。
2026-06-08 nucl-ex physics.ins-det
A hydrogen leak-tight, transparent cryogenic sample container for ultracold-neutron transmission measurements
从基于固体氘（sD $_2$）晶体的转换器中提高可提取的超冷中子（UCN）的数量需要很好地理解UCN输运以及晶体的形态如何影响其对UCN的透明度。通过低温液体和感兴趣的固体（例如氢（H $_2$）和氘（D $_2$））的UCN透射率的测量需要具有薄的、高度抛光的和光学透明的窗口以及良好限定的样品厚度的样品容器。最困难的密封问题之一是氢气和氦气等轻气体在低温下与高真空的密封。在这里，我们报告的样品容器的设计与两个1毫米薄的无定形二氧化硅窗口冷焊到铝夹使用铟丝垫圈，以形成一个简单的，可重复使用的和氢密封的低温密封。该容器满足上述要求，并且在低至4.5 K的温度下，在$10^{-5}$至$10^{-7}$ mbar的范围内，相对于隔离真空，能够承受高达2 bar的氢气压力。此外，结晶过程的照片显示和讨论。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci nucl-ex physics.ins-det
