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Projekt
Background Analysis and Background Control
Antragsteller
Professor Dr. Josef Jochum
Fachliche Zuordnung
Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
Förderung
Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254114301
Um in der kommenden Phase des ECHo Experiments, ECHo-100k, eine Sensitivität von unter 2 eV/c2 für die Masse des Elektron-Neutrinos zu erreichen, ist es notwendig, dass in der Signalregion um QEC = 2.833 keV ein Backgroundindex von weniger als 10-6 Events/d/det/eV sichergestellt werden kann. Dies ist im Vergleich zu ECHo-1k equivalent mit einer Reduzierung um Faktor 10. Hierzu ist eine verbesserte Kenntnis und Kontrolle des Untergrunds in der Signalregion des ECHO Experiments essentiell. Durch das Screening der verwendeten Materialien mithilfe von HP-Ge Detektoren werden die vorhandenen Kontaminationen im Aufbau des Experimentes bestimmt. Mittels Monte Carlo Simulationen wird das zu erwartenden Untergrundspektrum vorhergesagt. Myoninduzierter Untergrund wird durch ein aktives Myonveto unterdrückt, die Effizienz und das Spektrum der verbleibenden kosmogenen Events in den Detektoren wird mit Monte Carlo Simulationen bestimmt. Die besondere Herausforderung liegt in der niedrigen Energie der Signalregion von 2.8 keV, den Abmessungen im sub mm Bereich der ECHo Detektoren und die große Anzahl der Detektoren, die eine sorgfältige Überprüfung und Verbesserung der vorhandenen Simulationstools verlangen. Aufgrund der Erfahrungen von Low Background Experimenten ist mit dem Auftauchen bisher unberücksichtigter Quellen von Signaluntergrund zu rechnen.Es ergeben sich vier Hauptaufgaben für die Arbeitsgruppe 4 in der ECHo-100k Phase des Experimentes: (I) die Überprüfung und Verfeinerung des Background Modells für die ECHo-100k Phase. Diese Aufgabe beinhaltet die Analyse des beobachteten Backgrounds anhand der in der ECHo-1k Phase gewonnenen Daten, die Anpassung des Background Models, des Weiteren die Re-Evaluierung des erwarteten Backgrounds mittels an die ECHo-100k Bedingungen angepasster Monte Carlo Simulationen und schlussendlich eine Studie des für die anschließende ECHo-1M Phase zu erwartenden Backgrounds und der erforderlichen Abschirmungsstrategien. (II) die Anpassung und Verbesserung der Simulationssoftware entsprechend der Erfordernisse der ECHo-100k Phase um die Implementierung der verbesserten Backgroundphysik und der neuen Detektorgeometrie in der Monte Carlo Simulation zu ermöglichen. (III) der Betrieb und die Verbesserung des Myonvetos in der ECHo-100k Phase. Mit der Entwicklung und Installation einer neuen, auf Mikrocontroller basierten, Elektronik wird die der Störfestigkeit gegen RF-Noise erhöht und eine vereinfachten Datennahme und Kontrolle der Operationsparameter der Panels ermöglicht. Die Entwicklung eines kompakten, aktiven kryogenen Vetosystems in direkter Umgebung der ECHo Detektoren ist geplant, um Background in den Detektoren zu reduzieren. (IV) das Screening der im Aufbau des ECHo Experimentes verwendeten Materialien mit HP-Ge Detektoren am UGL in Tübingen, um die Radiokontamination des ECHo-100k Setups zu ermitteln und mithilfe der gewonnenen Werte den erwarteten Background mittels der Monte Carlo Simulationen zu berechnen.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
