Generating a highly uniform magnetic field inside the magnetically shielded room of the n2EDM experiment

摘要

Abstract We present a coil system designed to generate a highly uniform magnetic field for the n2EDM experiment at the Paul Scherrer Institute. It consists of a main $$B_0$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mn>0</mml:mn> </mml:msub> </mml:math> coil and a set of auxiliary coils mounted on a cubic structure with a side length of $$273~\hbox {cm}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>273</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>cm</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> , inside a large magnetically shielded room (MSR). We have assembled this system and characterized its performances with a mapping robot. The apparatus is able to generate a $$1~\upmu \hbox {T}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mtext>T</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> vertical field with a relative root mean square deviation $$\sigma (B_z)/B_z = 3\times 10^{-5}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mi>σ</mml:mi> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mi>z</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>/</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mi>z</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>3</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>5</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> </mml:mrow> </mml:math> over the volume of interest, a cylinder of radius $$40~\hbox {cm}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>40</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>cm</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> and height $${30}~\hbox {cm}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>30</mml:mn> <mml:mspace/> <mml:mtext>cm</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> . This level of uniformity overcomes the n2EDM requirements, allowing a measurement of the neutron Electric Dipole Moment with a sensitivity better than $$1\times 10^{-27}e\,\hbox {cm}$$ <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> <mml:mrow> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>×</mml:mo> <mml:msup> <mml:mn>10</mml:mn> <mml:mrow> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mn>27</mml:mn> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mspace/> <mml:mtext>cm</mml:mtext> </mml:mrow> </mml:math> .