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Developement of a Detector for Bound Quantum States of

Neutrons in the Earths Gravitational Field. By Sophie Nahrwold

Abstract

It was a great challenge to produce a position sensitive neutron detector with a spatial resolution below 3μm, since ordinary position sensitive neutron detectors have resolutions of 100μm, at best. The goal was met and the new detector was put to test this summer during an experiment investigating the behaviour of ultra-cold neutrons in the earths gravitational field. The detector was used to measure the density distribution of these neutrons above a horizontal mirror. The resolution of the detector was determined from a quantum mechanical fit of the data and has turned out to be 1.4μm! Additionally, a number of systematical checks were performed on data obtained from the gravitational levels experiment of 2002. The relative accuracy of the determination of the earths gravitational acceleration was determined to be 2% and the effect of additional, gravity-like forces was investigated.

Zusammenfassung

Es war eine große Herausforderung einen ortsauflösenden Neutronen Detektor mit einer Auflösung unter 3μm zu entwickeln, da solche Detektoren normalerweise nur eine Auflösung von maximal 100μm erreichen. Dieses Ziel wurde erreicht und der Detektor wurde in diesem Sommer bei einem Experiment zur Untersuchung gebundener Quantenzustände von Neutronen im Gravitationsfeld der Erde getestet. Mit dem Detektor wurde die Dichteverteilung der Neutronen über einem horizontalen Spiegel gemessen und seine Auflösung dann mit Hilfe eines quantenmechanischen Fits an die Daten zu 1.4μm bestimmt! Desweiteren wurden im Rahmen dieser Arbeit einige systematische Untersuchungen zu Daten des Gravitationsexperiments von 2002 durchgeführt. Die relative Genauigkeit bei der Bestimmung der Erdbeschleunigung wurde untersucht und beträgt 2%. Einige Tests zu den Auswirkungen zusätzlicher, gravitationsähnlicher Kräfte wurden unternommen.

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