Universität Tübingen
Full analysis of the background for the search of neutrinoless double beta decay in GERDA
Abstract
Das GERmanium Detector Array (GERDA) Experiment strebt danach den neutrinolosen Doppelbetazerfall in Ge-76 zu entdecken. Die Datennahme der zweiten Phase von GERDA startete im Dezember 2015 mit dem Ziel, den Untergrund um eine Größenordnung zu reduzieren, um die Sensitivität auf T^0ν_1/2 = O(10^26 yr) zu erhöhen. Um das vorgenommene Untergrundniveau zu erreichen, wurden eine Vielzahl von ergänzenden Untergrundunterdrückungsmethoden angewendet. Diese Methoden konnten nur auf der Grundlage des Verständnisses und der Bewertung der beobachteten Untergrundquellen im gemessenen Energiespektrum entwickelt werden. In dieser Arbeit wird eine umfassende Analyse des Untergrunds präsentiert, welche alle zur Verfügung stehenden Informationen über den Untergrund einbindet. Dabei wurde ein detailliertes Untergrundmodell entwickelt, welches die Zusammensetzung des gemessenen Energiespektrums beschreibt. Erstmals wurden die Daten von Detektor-anti-koinzidenter Ereignissen in einem Multivariaten Bayesian-Fit-Anstatz mit den Daten von Detektor-koinzidenter Ereignisse kombiniert. Außerdem richtet das Untergrundmodell zusätzlichen seinen Schwerpunkt auf zwei Besonderheiten im Energiespektrum: die α-Ereignisse, die den hochenergetischen Teil des Spektrums dominieren, und die Zählraten der Kalium γ-Linien bei 1525 keV und 1461 keV. Durch die Modularität der Detektoranordnung konnte die Untersuchung der koinzidenten Ereignisse in den zwei-Detektor Daten integriert werden, welche weitere Erkenntnisse in Anbetracht auf mögliche Kontaminationsquellen liefert. Mithilfe des Untergrundmodells können wichtige Informationen im Hinblick auf die dominierenden Quellen, welche zum Untergrund um den Q-Wert des Zerfalls beitragen, abgeleitet werden. Zudem kann die spektrale Form des Gesamtuntergrunds extrahiert werden. Beides sind essenzielle Informationen um zuverlässige Ergebnisse für die Suche des neutrinolosen Doppelbetazerfalls. Gemäß dem Untergrundmodell sind die dominierenden Beiträge um den Q-Wert α Zerfällen von Po-210 und aus der Ra-226 Zerfallsreihe, sowohl β und γ Zerfälle von K-42, Th-228, Bi-214 und Co-60 zuzuschreiben. Hierbei hängen deren Anteile vom angenommenen Ort der Entstehung ab. Zusätzlich liefert die Rekonstruktion der unterschiedlichen Prozesse der einzelnen Beträge im Energiespektrum interessante Physik. Ein direkt ableitbares Ergebnis ist die Bestimmung der Halbwertszeit des zwei-Neutrino-behafteten Doppeltenbetazerfalls in Ge-76. Es wurde eine Halbwertszeit von T^2ν_1/2 = (2.03 ± 0.11)·10^21 yr bestimmt, welche konsistent mit den Ergebnissen aus Phase I ist.
Author and committee
dc:creator, dc:contributor.*- Author
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- Schütz, Ann-Kathrin
Identifiers
dc:identifier.*- Identifier
- hdl:10900/98768