Academic literature on the topic 'Baryon Asymmetry Universe'

Les Moments Dipolaires Électriques (EDMs) de particules de spin 1/2 telles quele neutron constituent des sondes privilégiées de violation Charge-Parité (CP) au-delà du Modèle Standard, l’une des conditions requises pour expliquer l’asymétriebaryonique de l’Univers. L’expérience n2EDM, actuellement en cours d’assemblageau Paul Scherrer Institute en Suisse, est un des efforts majeurs de recherche de l’EDMdu neutron. Celle-ci consiste à soumettre des Neutrons Ultra-Froids (UCNs) polar-isés à des champs magnétiques et électriques appliqués parallèlement et de mesurerleur fréquence de précession. Cette expérience a pour objectif d’atteindre une sensi-bilité inégalée ∆dn ≤ 10−27 e cm, à condition de satisfaire des exigences très strictesen matière de maîtrise des erreurs statistiques et systématiques. Le travail présentédans ce manuscrit s’articule autour du contrôle d’effets systématiques induits parles non-uniformités du champ magnétique, à travers à la fois le calcul d’un de ceseffets et la caractérisation du milieu magnétique de l’expérience.La première partie de cette thèse justifie et présente n2EDM, en s’arrêtant surle thème de l’uniformité magnétique de l’expérience. Nous commençons par rap-peler les fondements théoriques sur lesquels reposent les recherches d’EDMs, quidécoulent d’observations cosmologiques selon lesquelles les interactions violant CPdoivent exister dans la nature et de l’incapacité du Modèle Standard (MS) à enfournir suffisamment. Nous présentons ensuite l’expérience n2EDM, en particulierla méthode de Ramsey sur laquelle celle-ci s’appuie pour déterminer la fréquencede précession des UCNs. Ceci nous permet enfin de détailler les exigences strictesd’uniformité que le champ magnétique interne doit satisfaire, ainsi que de justi-fier l’existence de contributions non uniformes en étudiant les symétries du champgénéré.La deuxième partie est axée autour du faux EDM, un effet systématique inquié-tant pour n2EDM qui naît de la combinaison d’un champ magnétique relativiste etde non-uniformités aléatoires. Nous proposons d’abord une nouvelle expression dufaux EDM dans le domaine fréquentiel via le théorème de Wiener-Khinchin, avant del’étendre à une approche récente permettant d’annuler cet effet en ajustant le champmagnétique à une valeur dite “magique”. Nous concluons grâce à notre calcul al-ternatif du champ magique et à son extension aux champs générés par des dipôlesmagnétiques qu’il est possible de supprimer le faux EDM d’au moins un ordre degrandeur en choisissant un champ magnétique de 10.5 μT.La troisième partie s’appuie sur une cartographie du champ magnétique pour es-timer et corriger les non-uniformités à l’origine d’effets indésirables tels que le fauxEDM. Après avoir établi l’exactitude de l’instrument de cartographie et maitrisé lesvariations du champ résiduel, nous montrons à travers l’analyse des données decartographie que l’environnement magnétique de n2EDM satisfait pleinement auxexigences statistiques et systématiques de l’expérience. Enfin, nous proposons et ap-pliquons une stratégie d’optimisation du champ afin de réduire davantage les non-uniformités résiduelles. Notre champ optimisé génère un faux EDM négligeable etprésente un niveau d’uniformité sans précédent, avec un écart quadratique moyensur la composante verticale σ(Bz) = 35 pT au sein du volume de précession<br>Electric Dipole Moments (EDMs) in spin 1/2 particles such as the neutron are highlysensitive probes for Charge-Parity (CP) violation Beyond the Standard Model (BSM),one of the requirements needed to fully explain the Baryon Asymmetry of the Uni-verse (BAU). The n2EDM experiment, currently in the commissioning phase at thePaul Scherrer Institute in Switzerland, constitutes a leading effort to search for theneutron EDM. It relies on the principle of submitting spin-polarized Ultra-Cold Neu-trons (UCNs) to parallel electric and magnetic fields and measuring their precessionfrequency. This experiment hopes to achieve a record sensitivity ∆dn ≤ 10−27 e cm,a goal which can only be reached by tackling statistical and systematical uncertain-ties affecting the measurement. The work we present here contributes to the controlof systematic errors generated by non-uniform magnetic fields, through the calcula-tion of a systematic effect and the precise characterization of the internal magneticenvironment.The first part of this thesis motivates and introduces the n2EDM experiment,particularly the theme of magnetic field uniformity. We begin with a review of thetheoretical grounds on which EDM experiments stand, which are prompted by cos-mological observations that CP-violating interactions must exist in nature, and bythe inability of the Standard Model (SM) of particle physics to provide enough ofthese. We then present the n2EDM experiment, which relies at its core on the Ram-sey method of separated rotating magnetic fields to determine the spin-precessionfrequency of UCNs. We finally give the stringent uniformity requirements that theinternal magnetic environment of n2EDM must satisfy, and justify the existence ofnon-uniform contributions by studying the symmetries of the generated field.The second part focuses on the so-called false EDM, a dire systematic effect inn2EDM arising from the unfortunate combination of a relativistic motional field andrandom non-uniformities. We first propose a new frequency-domain derivation ofthe false EDM via the Wiener-Khinchin theorem, before expanding on a recent ap-proach to cancel this effect by tuning the coil-generated field to a “magic value”.We conclude through our alternative calculation of the magic field, and its extensionto dipole-like magnetic contaminations, that it is possible to suppress the total falseEDM by at least one order of magnitude by setting the magnetic field to a value of10.5 μT.The third part relies on magnetic field mapping to estimate and correct non-uniformities responsible for undesirable effects such as the false EDM. After es-tablishing the accuracy of the mapping apparatus and taming unruly residual fieldpatterns, we show through an analysis of the mapping data that the n2EDM mag-netic environment fully satisfies the experiment’s statistical and systematical re-quirements. We finally propose and apply a field optimization strategy to suppressresidual non-uniformities even further. The optimized field generates a negligiblefalse EDM and boasts an unprecedented level of uniformity, with a root mean squaredeviation on the vertical field component σ(Bz) = 35 pT over the neutron’s preces-sion volume