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The reported lifetime in an in-beam neutron lifetime experiment performed at NIST was tn = (886.3 ± 3.4) s. The largest source of uncertainty was the efficiency of the neutron flux monitor (0.3% relative uncertainty). The flux monitor operates by counting charged particles produced when neutrons impinge on a 6Li foil. Its efficiency was calculated from the 6Li thermal neutron cross section, the solid angle subtended by the charged particle detectors, and the amount of neutron-absorbing material present on the foil. An absolute black neutron detector for cold neutron beams has been developed to measure the efficiency without the need to know these quantities. The flux monitor efficiency is measured to a precision of 0.052% using this direct calibration technique. This calibration removes the largest barrier to a 1 s neutron lifetime measurement with the beam technique. It is hoped that this data can also be used to re-evaluate the current NIST neutron lifetime value, reduce its uncertainty, and remove the dependence on evaluated nuclear data files. There is also the possibility for a direct measurement of the 6Li thermal neutron cross section.

Sous réserve d’une énergie cinétique suffisamment faible, un neutron libre peut être piégé matériellement ou magnétiquement de sorte à garantir son confinement au sein d’un volume défini. Cette caractéristique permet l’étude de plusieurs paramètres, notamment de son temps de vie moyen. L’expérience HOPE, piège magnétique de neutrons ultra-froids mis en œuvre à l’Institut Laue Langevin à Grenoble, vise à fournir une valeur précise de ce temps de vie au travers de différentes méthodes. L’une d’entre elles consiste à observer les électrons émis par la décroissance bêta du neutron. Le détecteur SECOND a été spécifiquement conçu pour permettre le comptage de ces électrons au sein de l’expérience HOPE. La grande difficulté de ce projet réside dans le faible taux de comptage des électrons attendu, qui nécessite la discrimination des rayonnements parasites. Dans ce but, SECOND est constitué de deux étages de détection, dont le principal, un phoswich de scintillateurs plastiques, a donné des résultats probants lors de premiers tests fonctionnels à basse température ; la différenciation des événements induits par des muons cosmiques est efficace dans 98 % des cas, et tout porte à croire qu’elle sera considérablement améliorée par l’utilisation d’un système d’acquisition adapté à l’application souhaitée. / Considering a low enough kinetic energy, a free neutron can be materially or magnetically trapped in a defined volume. This trapping allows experimenters to study the neutron and its characteristics, and in this case, to measure its mean lifetime. The HOPE experiment commissioned at Laue Langevin Institute in Grenoble is aimed at providing a 1 %- accuracy value. One way to measure lifetime is to record every single neutron beta decay occurring in the trap by counting the emitted electrons. The detector SECOND has been specifically designed to fulfill this goal within HOPE but also to discriminate other types of particles that induce false events. The latter argument is the reason for the two detection stages SECOND is composed of. The plastic scintillators phoswich constitutes the main part of the detector and has been successfully operated during preliminary tests at low temperature. The rejection rate of cosmic muons events is about 98 %, and this value can be drastically enhanced using a more suitable data acquisition system.

Le temps de vie du neutron libre joue un rôle important dans la physique des particules comme dans des modèles cosmologiques. Notre connaissance de la valeur précise du temps de vie du neutron est limitée par les incertitudes systématiques des deux méthodes expérimentales couramment utilisées, les méthodes dites de "faisceau" et de "bouteille matérielle". En outre une déviation systématique des valeurs de temps de vie obtenues par les deux méthodes s'est manifestée au cours des dernières décennies.Le projet HOPE fait parti d'une nouvelle génération d'expériences qui cherchent à mesurer le temps de vie du neutron en stockant des neutrons ultra-froids (UCN) dans un potentiel magnéto-gravitationnel. HOPE génère les champs magnétiques nécessaires par une combinaison d'aimants permanents puissants de terre rare, qui produisent des champs magnétiques maximaux d'environ 1.3 T, et un système de bobines supraconductrices. Dans cette thèse je donnerai une description détaillée de l'appareil, des effets systématiques possibles et comment nous envisageons d'étudier et de maîtriser ces effets. Ensuite les résultats d'un premier temps de faisceau, effectué à la source PF2, vont être présentés et discutés. Les résultats sont encourageants puisque nous avons atteint des constants de temps de stockages maximaux de 881(46) s, ce qui indique des pertes d'UCN très faibles pendant la phase du stockage. / The lifetime of the free neutron plays an important role in fundamental particle physics as well as cosmological models. Our knowledge of the precise value of the neutron lifetime is limited by the systematical inaccuracies of the two commonly used experimental approaches, the so called “beam” and “material bottle” methods. Moreover a systematic deviation of the lifetime-values extracted from both methods has become manifest over the past decades.The HOPE project is part of a new generation of experiments that aims to determine the neutron lifetime by storing ultra cold neutrons (UCN) in a combined magneto-gravitational potential. HOPE generates the necessary gradient magnet fields by a combination of highly potent rare-earth permanent magnets with a maximum B-field strength of about 1.3 T and a set of superconducting coils. In this thesis I give a detailed description of the apparatus, possible systematical effects and how we are planning to investigate and cope with those effects. Subsequently the results from a first beamtime at the PF2 source will be presented and discussed. The results are encouraging as we reached a maximum storage-time constants of 881(46) s, indicating a very small UCN loss rate during storage.