Messung der Spinpräzession in Echtzeit

Setzt man ein Teilchen, das einerseits einen Eigendrehimpuls hat (den sogenannten Spin) und andererseits ein magnetisches Moment, in ein Magnetfeld, fängt der Richtungsvektor des Spins an zu präzedieren, wenn magnetisches Moment und Magnetfeldlinien nicht parallel sind. Das ist ähnlich wie ein Spielzeugkreisel, der ebenfalls präzediert, wenn er nicht genau senkrecht steht.

Für die Messungen zum Elektrischen Dipolmoment in Speicherringen ist es wichtig, diese Präzession zu kennen und zu kontrollieren. Hierzu haben wir ein Verfahren entwickelt, das uns erlaubt die Präzession in Echtzeit zu messen und in gewissen Grenzen zu manipulieren (Phys. Rev. Lett. 115, 094801, Phys. Rev. Lett. 119, 014801). Hierzu wird ein Teil des Strahls kontinuierlich auf ein Kohlenstofftarget gelenkt und aus der Winkelverteilung einer großen Anzahl gestreuter Teilchen auf die Spinrichtung geschlossen. Eine Schwierigkeit besteht darin, dass die Präzessionsfrequenz von typisch 120 kHz wesentlich größer ist als Rate die Streuereignisse ist und die notwendige Frequenz- und Phasenanalyse in Echtzeit erfolgen muss.

Eine direkte Anwendung dieser Methode war die erste Messung des EDMs von Deuteronen mit der sogenannten RF-Wien-Filter Methode. Hierbei schwingen das elektrische und magnetische Feld des Wien Filters mit der Präzessionsfrequenz der Deuteronen. Dies ist experimentell nur möglich, wenn beide Frequenzen kontinuierlich gemessen und aufeinander abgestimmt werden, so dass auch die Phase zwischen beiden Schwingungen konstant gehalten wird.