Novel techniques to detect supernova neutrinos with scintillator and lead detectors

• Applicant: Professor Dr. Kai Zuber
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2013 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 250312026

• Final Report Year: 2016

Final Report Abstract

In diesem Antrag sollte studiert werden, ob die elastische Neutrino-Proton Streuung zum Nachweis aller Neutrinoflavours von einer Supernova in Flüssigszintillatoren genutzt werden kann. Hierzu ist die Kenntnis über das Quenching des Lichtes für Protonen essentiell. Dies wurde experimentell gemessen und publiziert und hat eine große Nachhaltigkeit da mehr oder weniger alle zukünftigen Experimente wie z. B. JUNO diese Daten benutzen können. Ein zweiter Aspekt war das Studium auf die Sensitivität der Supernova Parameter wie die gesamte emittierte Neutrino-Energie, der shape-Faktor und die mittlere Neutrino-Energie. Es zeigt sich, das - natürlich abhägig von der Entfernung - ein Parameter fixiert werden muss, um Aussagen treffen zu können. Die Analyse ist vollständig ausgearbeitet und kann für jede Detektorgröße und jedes Neutrinospektrum benutzt werden. In einem dritten Schritt sollte die Synergie einer kombinierten Messung von Supernova Neutrinos mit den beiden Experimenten SNO+ und dem HALO, an denen die TU Dresden beteiligt ist, studiert werden. Beide Detektoren stehen sehr nahe beieinander, haben aber völlig veru schiedene Nachweismethoden. Leider konnte dieser Schritt nicht durchgeführt werden, da hierzu eine Kalibration des HALO-Detektors mit einer Neutronenquelle notwendig ist. Aufgrund des neuen Betreibers der Mine und verschärften Bedingungen zum Transport unter Tage konnte die Neutronenquelle im Antragszeitraum nicht benutzt werden.

Publications

• Measurement of the proton light response of various LAB based scintillators and its implication for supernova neutrino detection via neutrino-proton scattering, Europ. Phys. J. C 73, 2390 (2013)
  B. von Krosigk, L. Neumann, R. Nolte, S. Rottger und K. Zuber
  
• Measurement of proton and α-particle quenching in LAB based scintillators and determination of spectral sensitivities to supernova neutrinos in the SNO+ detector, Dissertation, Technische Universität Dresden, 2015
  B. von Krosigk
  
• Measurement of α-particle quenching in LAB based scintillator in independent small-scale experiments , Europ. Phys. J. C 46, 109 (2016)
  B. von Krosigk et al.