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
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
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
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
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
Startup of the High-Intensity Ultracold Neutron Source at the Paul Scherrer Institute
超冷中子（UCN）可以储存在合适的瓶子中，并观察数百秒。因此，UCN可以用来详细研究中子的基本性质。在保罗·谢勒研究所建造了一个新的用户设施，为基础物理研究提供超冷中子。2010年12月，该设施的组装完成，首次生产超冷中子。2011年6月获得运营批准。我们给出了源代码和启动时状态的概述。
2012-02-27 nucl-ex physics.ins-det
Commissioning of the new high-intensity ultracold neutron source at the Paul Scherrer Institut
新的高强度超冷中子源已于2009年开始在Paul Scherrer研究所投入使用。这种新一代高强度UCN源的设计目标是超过目前可用于基础物理研究的超冷中子密度的约100倍，其中最大的推力来自对中子电偶极矩的搜索。PSI UCN源是基于通过质子诱导铅溅射产生中子，然后在重水中进行中子热化，并在固体氘晶体中进行中子冷却以获得冷和超冷能量。最近成功地进行了高达2mA的质子束在溅射靶上的束流测试。大多数源组件已安装，其他组件最终安装。该装置正在轨道上的第一次冷却和UCN生产在2010年。
2010-11-17 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
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
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
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
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
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
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
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
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
A diffuse scattering model of ultracold neutrons on wavy surfaces
针对粗糙度大于5纳米的UCN导向管，提出结合微面元BRDF和朗伯定律的散射模型，在J-PARC实验中验证，能准确评估约10纳米粗糙度管道的输运性能。
2023-07-30 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
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 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
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
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
Replika Mirrors - Nearly Loss-Free Guides For Ultracold Neutrons
研究了用一种称为{ \sc <$ka}的专用技术制备的超冷中子（UCN）波导的反射率。导轨由镍制成，表面质量是从玻璃层复制的。这导致表面粗糙度小于10 μ m。反射率测量为99.9%或更高。这些指南可用于目前或未来的UCN源，将UCN远距离运输到相应的实验，而不会有重大损失。
2007-03-27 physics.ins-det
Scattering of ultracold neutrons from rough surfaces of metal foils
超冷中子（UCN）金属箔的透明性在未来高密度UCN源的设计中起着重要作用，这将为许多基础物理实验提供支持。在这项工作中，我们描述和讨论的非常慢的中子（UCN和非常冷的中子）通过铝箔的Al，Cu和Zr的各种厚度在室温下的准直束的测量传输。我们的目标是分离散射和吸收的样品散装表面散射，并量化的表面的贡献。我们能够证明，这些箔的表面粗糙度引起的UCN散射的一个显着的分数。从UCN测量中提取的表面粗糙度参数$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
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
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
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
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
Loss rate of ultracold neutrons due to the absorption by trap walls in large material traps
本文分析材料陷阱壁对超冷中子的吸收率，推导矩形和圆柱形陷阱的解析公式，并数值模拟不同反射定律下的损失，旨在解释中子寿命测量中的四秒差异。
2024-12-17 physics.ins-det
A boron-coated CCD camera for direct detection of Ultracold Neutrons (UCN)
本文提出硼涂层科学级 CCD 相机，利用硼中子俘获副产物在硅中的直接信号实现 UCN 探测，获得 $10^4$ 倍信噪比提升和几微米分辨率，并支持平方米级大面积探测器。
2019-02-28 nucl-ex physics.ins-det
Neutron production and thermal moderation at the PSI UCN source
我们报告金箔活化测量沿垂直通道沿罐的超冷中子源在保罗谢勒研究所。在不同的距离从spectrum目标获得的活动是非常好的协议与MCNPX模拟考虑到源的详细描述建成。
2014-08-14 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
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
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
$τ$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
A next-generation inverse-geometry spallation-driven ultracold neutron source
提出了下一代散裂驱动强流超冷中子源的物理模型，该源的超冷中子提取率比现有最强源高出约一个数量级，比现有源高出约三个数量级。这种UCN电流优化源将大大改善目前统计上有限的尖端UCN测量。一种新颖的“逆几何”设计与40 L超流$^4$ He（He-II）一起使用，其用作冷中子（CN）到UCN的转换器，用最先进的过冷低温技术冷却到$\sim$ 1.6 K。我们的设计针对He-II及其容器上的100 W最大热负荷约束进行了优化。在我们的几何结构中，溅射靶对称地缠绕在UCN转换器周围，以允许在相对大体积的钨溅射靶上光栅扫描质子束，从而降低对冷却要求的需求，这使得合理地假设仅水边缘冷却就足够了。我们的设计经过几个步骤的改进，在我们的另一个限制1兆瓦的最大可用质子束功率下达到$P_{UCN}=2.1\times10^9\,/$。然后，我们研究了氦-II散射内核的影响，以及由于加压达到$P_{UCN}=1.8\times10^9\,/$ s的$P_{UCN}$的减少。最后，我们提供了一个设计的UCN提取系统，考虑到所需的He-II热传输性能和实施的He-II遏制箔，允许UCN传输。我们估计一个总的有用UCN电流从我们的源$R_{use}=5\times10^8\,/$ s从一个18厘米直径的指南5米的来源。在保守的“不返回”近似下，该速率可以在具有$^{58}$ Ni（335 neV）截止电势的$…
2019-10-24 physics.app-ph physics.ins-det
Study of Thin Iron Films for Polarization Analysis of Ultracold Neutrons
TUCAN（TRIUMF超冷先进中子）合作旨在以前所未有的精度搜索中子电偶极矩（nEDM）。nEDM测量的基本要素之一是超冷中子（UCN）的偏振分析仪，其主要成分是磁化的薄铁膜。几个薄铁膜沉积在铝和硅基板上，并通过振动样品磁强计和冷中子反射仪进行了表征。使铁膜饱和所需的磁场对于铝基板上的铁膜为$\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
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
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
Observation of the Spatial Distribution of Gravitationally Bound Quantum States of Ultracold Neutrons and Its Derivation Using the Wigner Function
超冷中子（UCN）可以被地球引力势和反射镜束缚。束缚态的波函数具有特征调制。2011年，我们在劳厄-朗之万研究所进行了一项实验，观察这种镜子上方UCN的垂直分布。观察到的调制与量子力学使用Wigner函数的预测是一致的。探测器系统的空间分辨率估计为0.7微米。这是第一次观测到具有亚微米空间分辨率的UCN的引力束缚态。
2014-03-10 hep-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
Helium film may greatly increase the storage time of ultracold neutrons in material traps
我们提出了一种方法，以增加中子存储时间和其寿命测量的精度至少十倍。超冷中子（UCN）在物质阱中的储存现在提供了最精确的中子寿命测量，并用于许多其他实验。这些测量的精度受到UCN与陷阱壁的相互作用的限制。我们发现，覆盖陷阱壁与液氦可以大大减少UCN从材料陷阱的损失。$^4$他根本不吸收中子。由于范德华吸引力，超流体He以$\sim 10$ nm厚的薄膜覆盖陷阱壁。然而，平壁上的He膜太薄，无法保护UCN免受陷阱材料内的吸收。通过结合范德华吸引力与毛细管效应，我们表明，表面粗糙度可能会增加该膜的厚度远远超过中子穿透深度$\sim 33$ nm。使用液态He进行UCN存储需要低温$T<0.5$ K以避免中子与He蒸气相互作用，而由于与表面波相互作用而导致的中子损失很小，并且可以使用其线性温度依赖性来解释。
2021-11-13 cond-mat.other 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
A multilayer surface detector for ultracold neutrons
本文提出一种含$^{10}$B捕获层与ZnS:Ag发光层的多层UCN表面探测器，实现高效率、低本底探测，并可用于通量监测、导管开发和中子寿命研究。
2015-04-24 physics.ins-det
UCN sources at external beams of thermal neutrons. An example of PIK reactor
我们考虑超冷中子（UCN）源的基础上的一种新的方法UCN生产超流氦（4 He）。选择PIK反应堆作为应用这一想法的透视示例，其包括将4 He UCN源安装在热或冷中子束中，并用慢化剂-反射器包围源，慢化剂-反射器起到冷中子源（CN）供给UCN源的作用。由于来自慢化剂-反射体的多次中子反射，源中的CN通量可以比入射通量大几倍。我们表明，这样的源在PIK反应堆将提供一个数量级更大的密度和生产率比一个类似的源在ILL反应堆。我们估计4 He源与固体甲烷（CH 4）或/和液体氘（D2）的慢化反射的参数。我们发现，在PIK反应堆中使用CH 4慢化剂-反射体的这种源将提供约1x10^5 1/cm^3的UCN密度和约2x10^7 1/s的UCN产生速率。这些值分别比最强UCN用户源的值大1000倍和20倍。具有D2慢阻剂-反射剂的源中的UCN密度将达到~2x10^5 1/cm^3的值，并且UCN产生速率将等于~8x10^7 1/s。在具有相同通量的氯化萘束中安装此类源将略微增加密度和生产率。
2015-11-24 nucl-ex physics.ins-det
A method for measuring deviation from Lambert diffuse scattering law of ultracold neutrons on material walls
本文提出一种实验方法，通过测量长窄超冷中子阱中心与端部窗口出射中子数之差，结合Monte Carlo模拟，来量化UCN漫散射角分布偏离Lambert余弦定律的程度。
2024-12-06 physics.atom-ph physics.ins-det
On the new possibility of pulse accumulation of UCN
本文提出了一种利用局部减速装置对极冷中子进行减速的超冷中子源的概念。对于后者，建议使用梯度自旋翻转器。结果表明，在这种情况下，VCN的通量，减速后转换成UCN，具有脉冲结构。在这种情况下，中子聚束的持续时间可以显著小于它们的重复周期。因此，束团中的中子通量密度将显著超过平均值。这打开了UCN陷阱的脉冲填充的可能性，而没有初步的时间聚焦
2023-01-02 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
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
Cryogenic systems for the TUCAN EDM experiment
TUCAN合作组正在完成基于超流氦和散裂靶的新型超冷中子源，用于中子EDM实验，目标精度达1e-27 e·cm，比当前世界最佳高十倍，并已首次成功冷却填充超流氦。
2025-06-20 nucl-ex physics.ins-det
Monte Carlo simulations for the optimization and data analysis of experiments with ultracold neutrons
动能高达300 neV的超冷中子（UCN）可以在材料或磁约束中储存数百秒。这使得它们成为探测自然界基本对称性的一个非常有用的工具，通过寻找中子电偶极矩的电荷宇称破坏，并产生大爆炸核合成的重要参数，例如中子寿命测量。进一步提高UCN源的强度对于下一代实验至关重要。先进的蒙特卡罗（MC）模拟程序在优化UCN源和实验的中子光学，而且在估计系统的影响，并在基准的分析代码是很重要的。在这里，我们将简要概述最近MC模拟活动在这一领域。
2018-06-28 physics.comp-ph physics.data-an physics.ins-det
Position-sensitive detection of ultracold neutrons with an imaging camera and its implications to spectroscopy
提出基于CCD相机与多层表面转换体的超冷中子位置灵敏探测方法，实现优于15 μm空间分辨率和低于2 peV能量分辨率，并支持UCN光谱学应用。
2016-05-12 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
Neutron EDM Experiment with an Advanced Ultracold Neutron Source at TRIUMF
Kyoto University（京都大学）；Research Center for Nuclear Physics, the University of Osaka（大阪大学核物理研究中心）；The University of Manitoba（曼尼托巴大学）；TRIUMF（特利昂姆夫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）；The 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）
本文报告了TRIUMF超冷中子源的最新进展，该源旨在以10^-27 e·cm的灵敏度寻找中子电偶极矩，通过改进的统计量提升实验精度。
2026-07-21 hep-ex nucl-ex physics.atom-ph
