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Original title:
Particle Detection and Proton Asymmetry in Neutron Beta Decay 
Translated title:
Teilchendetektion und Protonenasymmetrie im Neutronenbetazerfall 
Year:
2018 
Document type:
Dissertation 
Institution:
Fakultät für Physik 
Advisor:
Märkisch, Bastian (Prof. Dr.) 
Referee:
Märkisch, Bastian (Prof. Dr.); Schönert, Stefan (Prof. Dr.) 
Language:
en 
Subject group:
PHY Physik 
Keywords:
neutron beta decay 
Translated keywords:
Neutronenbetazerfall 
TUM classification:
PHY 400d 
Abstract:
Experimental studies of the nature of the neutron beta decay are a powerful tool to test the current Standard Model of particle physics. Correlations between particles involved in the decay are used to characterize the weak interaction and to search for so far undiscovered couplings between nuclei and leptons.
In this work, a comprehensive study of electron detection with plastic scintillators is presented, which aims to address all important contributions towards the determination of the electron asymmetry and a clean description of the measured electron spectrum with the instruments Perkeo III and PERC. Important steps are a refined description of calibration sources, a supplementary method for detector calibration using time of flight, a method to convolute the spread of electron sources with a spatially dependent detector function and an almost complete trigger function which is used to determine an important systematic correction of the electron asymmetry measurement. The new measurement improves the relative precision of the ratio between axial-vector and vector coupling to 4.4x10-4, four times more precise than the current world average.
In the second part, the finalized data analysis of a new measurement of the proton asymmetry with Perkeo III is provided. The proton asymmetry is sensitive to hypothetical right-handed currents and scalar and tensor couplings. Analyses of systematic effects provide the basis for a ~10-3 measurement with the upcoming instrument PERC. A model for a formerly neglected influence of an energy dependent trigger efficiency in the proton detection is deduced. The only published measurement, taken with Perkeo II, will be improved. 
Translated abstract:
Ein wichtiger Bestandteil verschiedener Tests zur Überprüfung des Standardmodells der Teilchenphysik sind experimentelle Untersuchungen des Neutronenbetazerfalls. Verschiedene Korrelationskoeffizienten die diesen Zerfall beschreiben, ermöglichen eine Charakterisierung der schwachen Wechselwirkung und darüber hinaus die Suche nach bisher unentdeckten Kopplungen zwischen Kernen und Leptonen.
In dieser Arbeit wird eingehend die Elektronendetektion mit Plastikszintillatoren untersucht, wobei versucht wird, auf alle wichtigen Bestandteile zur Bestimmung der Elektronenasymmetrie mit dem Instrument Perkeo III einzugehen. Dies beinhaltet eine umfassende Beschreibung des gemessenen Betaspektrums.
Die wichtigsten Schritte hierfür sind eine verbesserte Beschreibung von Kalibrationsquellen, die Beschreibung einer neuen Methode zur Detektoreichung mittels Flugzeitmessung, eine Methode zur Faltung von räumlichen Elektronenverteilungen mit ortsabhängigen Detektorfunktionen und letztlich eine deutlich verfeinerte Beschreibung der Detektortriggerfunktion, welche verwendet wird, um eine wichtige systematische Korrektur für die Messung der Elektronenasymmetrie zu bestimmen. Diese neue Messung ermöglicht eine verbesserte Bestimmung des Verhältnisses zwischen Axialvektor- und Vektorkopplung mit einer relativen Präzision von 4.4x10-4, was die Präzision des aktuellen Weltmittelwerts um einen Faktor vier verbessert.
Der zweite Teil schließt die Datenanalyse einer neuen Messung der Protonenasymmetrie mit Perkeo III ab. Die Protonenasymmetrie ist sensitiv auf hypothetische rechtshändige Ströme und Skalar- und Tensorkopplungen. Die systematischen Analysen dieser Arbeit schaffen die Grundlage für eine ~10-3-Messung mit dem neuen Instrument PERC. Unter anderem wird eine Korrektur für die bisher vernachlässigte Abhängigkeit der Detektionseffizienz von der Protonenenergie abgeleitet. Die neue Messung wird das bisher einzige Resultat, welches mit Perkeo II erreicht wurde, verbessern. 
Oral examination:
04.10.2018 
File size:
17023619 bytes 
Pages:
148 
Last change:
30.09.2019