Analyse von Neutrino Wechselwirkungen mit geladenen Strömen ohne Pionen in ANNIE

• Antragstellerin: Professorin Dr. Caren Hagner
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 456139317

Ziel des Vorhabens ist die Auswertung der Daten des ANNIE Experiments hinsichtlich der Wirkungsquerschnitte von Neutrino Wechselwirkungen mit geladenen Strömen ohne ausgehende Pionen unter der Berücksichtigung der Neutronenmultiplizität. Bei ANNIE handelt es sich um einen mit Gadolinium geladenen Wasser-Cherenkov-Detekor im Short-Baseline-Neutrino-Beam am Fermilab. ANNIEs Hauptaufgabe ist es Neutrinowechselwirkungen aus diesem Strahl zu messen und dabei auszunutzen, dass durch das Gadolinium im Detektor die Anzahl der entstandenen Neutronen pro Ereignis sehr gut ermittelt werden kann. Die so gewonnenen Wirkungsquerschnitte werden großen Einfluss auf die Energiebestimmung bei Long-Baseline Neutrino Experimenten sowie auf die Untergrundabschätzung bei Experimenten zum Diffusen Supernova Neutrino Hintergrund und dem Proton Zerfall haben. Außerdem werden sie helfen zu verstehen welche Prozesse innerhalb der Kerne die Anzahl der ausgehenden Pionen beeinflussen, bzw. wie stark die Einzelnen Prozesse, wie Pionabsorption und sogenannten 2-Teilchen-2-Löcher-Prozesse, daran beteiligt sind. Dazu müssen die gemessenen Raten mit Vorhersagen die durch Simulation mittels verschiedener Generatoren gewonnen werden verglichen werden. Bei den meisten gängigen Neutrino-Generatoren hängt diese jedoch von einigen Feineinstellung in der Software ab, die sich von Experiment zu Experiment unterscheiden. Dies ist nicht der Fall bei GIBUU, einem auf Transport-Theorie basierendem Generator, weshalb dieser ebenfalls in die Simulationssoftware von ANNIE integriert werden soll.Der beantragte Postdoc soll dabei eine führende Rolle bei diesen Analysen einnehmen und die komplette Analysekette entwickeln, angefangen mit der Datenauswahl, über die Vorhersage mittels der Simulation, bis hin zum Errechnen der Wirkungsquerschnitte. Eng verknüpft damit ist der Einsatz des bereits erwähnten Generators GiBUU für ANNIE, dessen Vorhersagen als Vergleich herangezogen werden sollen. Abhängig von der Geschwindigkeit mit der diese Aufgaben erledigt werden können, sollen ggf. weiterführende Untersuchungen folgen. Dabei soll das Potential untersucht werden, dass unter bestimmten Szenarios entsteht. Das erste Szenario stellt die Bestrahlung ANNIEs mit Anti-Neutrinos anstatt mit Neutrinos da. Für das zweite Szenario soll angenommen werden, dass Wasserbasierter Flüssigszintillator als Detektormedium verwendet wird anstatt von Wasser. Und im dritten Scenario soll untersucht werden, in wie weit es sich lohnt die zeitliche Struktur des Neutrino-Strahls zu nutzen, um Ihn für die Analyse in Teile mit unterschiedlicher Zusammensetzung und unterschiedlichen Energiespektren zu zerlegen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen