Untergrunduntersuchungen für das KATRIN-Experiment
Frank Schwamm
2004
Zusammenfassung Die Bestimmung der Neutrino-Ruhemasse hat eine hohe Priorität in der Neutrinophysik, insbesondere im Hinblick auf die Ergebnisse von Neutrino-Oszillationsexperimenten und Doppel-β-Zerfalls-Suchen sowie die aktuellen Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung, die auf eine kleine, aber von Null verschiedene, Neutrinomasse hinweisen. Das zurzeit in der Entwicklung befindliche Tritium-β-Zerfalls-Experiment KATRIN wird in der Lage sein, die Masse des Anti-Elektron-Neutrinos mit
more »
... ner Sensitivität von 0.2 eV c −2 (90% C.L.) zu messen und damit einen Schlüsselbeitrag zur Astroteilchen-und Neutrinophysik leisten. Die Sensitivität des Experiments hängt wesentlich von der Untergrundrate in den Messungen ab. Diese Arbeit untersucht zwei potenziell sensitivitätslimitierende Ursachen für Untergrundereignisse und ihre Auswirkung auf den Gesamtuntergrund. Die durch den Durchgang kosmischer Strahlung durch den Spektrometertank des Experiments hervorgerufenen Untergrundereignisse wurden im Rahmen dieser Arbeit durch Messungen am Mainzer Neutrinospektrometer erstmals nachgewiesen und Maßnahmen zur Minimierung dieser Untergrundkomponente erfolgreich getestet. Untergrundbeiträge aus der Detektorumgebung sind weiterer wichtiger Bestandteil des Gesamtuntergrunds. Eine vollständige Monte-Carlo-Simulation dieses Untergrundanteils auf der Basis von Geant4 war eine wesentliche Aufgabe dieser Arbeit. Die Ergebnisse der Simulation zeigen, dass das vorgesehene Detektorkonzept in Hinsicht auf seinen Untergrundbeitrag sehr gut für das KATRIN-Experiment geeignet und durch sorgfältige Materialselektion ein Detektoruntergrund von 1mHz erreichbar ist. Bei einem sorgfältigen Design aller Experimentkomponenten werden somit der myonkorrelierte Spektrometeruntergrund sowie der Detektoruntergrund die projektierte Sensitivität des KATRIN-Experiments nicht limitieren. 2 Durch eine Bestimmung der Neutrinomasse m ν kann zwischen diesen Modellen unterschieden werden, vgl. Abb. 2.1. 8 Wenn im Folgenden im Zusammenhang mit Tritiumzerfallsexperimenten von Neutrino oder Neutrinomasse die Rede ist, bezieht sich dies auf das Anti-Elektronneutrino und seine Ruhemasse. Als Ruhemasse wiederum ist die Summe der Masseneigenzustände mν e = ( i U 2 ei m 2 νi ) 1/2 gemeint. 9 Eine neue Analyse [Lob03] ergibt eine Obergrenze von mν e ≤ 2.05 eV c −2 (95% C.L.) unter Anwendung der Feldman-Cousins Methode für einen selektierten Datensatz.
doi:10.5445/ir/1000000855
fatcat:4qrwjwvvhnaghdzgmdkgi4yeia