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LEGEND: Weitere Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfall mit Germaniumdetektoren

Die LEGEND-Kollaboration hat zum Ziel, ein weiteres Experiment zur Suche nach neutrinolosem Doppelbetazerfalls zu bauen. Das LEGEND-Experiment tritt die Nachfolge der beiden aktuellen Experimente GERDA und MAJORANA an. GERDA betreibt Detektoren mit einer Gesamtmasse von etwa 40 Kilogramm. Bei LEGEND soll deutlich mehr an Detektormaterial zum Einsatz kommen. In ungefähr drei Jahren sollen etwa 200 Kilogramm in den GERDA-Kryostaten im Gran Sasso-Untergrundlabor eingebaut werden, später soll eine Tonne Germanium in einer neuen Infrastruktur integriert werden.

Neutrinoloser Doppelbetazerfall ist nur möglich, wenn Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind. Die Frage ob sie das sind, lässt sich bis heute nicht beantworten, obwohl Neutrinos als Schlüsselteilchen für Kernspaltung, Kernfusion und auch für die Entwicklung des Universums seit langem genauestens erforscht werden.

Selbst wenn es neutrinolosen Doppelbetazerfall gibt, handelt es sich um ein extrem seltenes Phänomen. In Gegenwart der normalen natürlichen radioaktiven Strahlung könnte er nie beobachtet werden, da diese Untergrundereignisse erzeugt, die aussehen wie Signalereignisse, aber keine sind. Deswegen müssen Experimente, die nach neutrinolosem Doppelbetazerfall suchen, extrem gut gegen die Radioaktivität der Umwelt abgeschirmt sein. Untergrund entsteht aber auch durch Radioaktivität in den Materialien, die im Experiment selber verwendet werden und durch Materie durchdringende kosmische Strahlung.

Um den Einfluss der kosmischen Strahlung zu minimieren, führen Wissenschaftler die Experimente sehr tief unter der Erde durch. Tief genug sind das SNOLAB in Kanada und das CJPL in China. Um die Radioaktivität gering genug zu halten, müssen die Materialien der Abschirmung und des eigentlichen Experiments sehr sorgfältig ausgesucht werden. Der gesamte Untergrund muss im Vergleich zu früheren Experimenten wie GERDA und MAJORANA um mindestens eine Größenordnung verringert werden.

Forschen für LEGEND

Um das LEGEND-Projekt umzusetzen, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am MPI für Physik drei Teilprojekte initiiert.

GeDet-Germaniumdetektor
Foto: I. Abt/MPP

GeDet befasst sich mit der technischen Weiterentwicklung und Verbesserung von Germaniumdetektoren (GeDet). Ziel dabei ist es, Untergrundereignisse künftig besser zu erkennen.

 

 

Blick von oben auf das MINIDEX-Experiment mit offenem Deckel
Foto: I. Abt/MPP

Neutronen sind eine Quelle für schwer erkennbare Untergrundereignisse. Das Projekt MINIDEX wird die Erzeugung von Neutronen aus der Wechselwirkung kosmischer Myonen untersuchen.

Eine von UV-Licht angeregte PEN-Kachel
Foto: F. Fischer/MPP

Das Ziel des PEN-Projekts ist es, ein Meldesystem (Veto) für radioaktive Untergrundstrahlung zu entwickeln. Zugleich soll das dafür verwendete Material die Germaniumdetektoren schützen und umhüllen.

Weitere Informationen zur LEGEND-Gruppe

Aktuelle Meldungen

13.10.2015

Viele Experimente der Astroteilchenphysik müssen vor Strahlung geschützt werden. Deswegen befinden sie sich häufig tief unter der Erdoberfläche. Für ein neues Untergrundlabor in China haben das Max-Planck-Institut für Physik und die Tsinghua Universität in Peking gemeinsam wissenschaftliche Konzepte...

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Gruppenmitglieder

Name Funktion Durchwahl www

Abt, Iris, Dr.

Scientist 295

Gooch, Christopher

Engineering 242

Guitart Corominas, Maria

Student 373

Hauertmann, Lukas

PhD Student 764

Liu, Xiang, Ph.D.

Scientist 764

Schuster, Martin

PhD Student 327

Zsigmond, Anna Julia, Dr.

Scientist 337

Schlüsselpublikationen

Alpha-event and surface characterisation in segmented true-coaxial HPGe detectors
Nucl. Instrum. Meth. A 858 (2017) 80-89

The GALATEA test-facility for high purity germanium detectors
Nucl.Instrum.Meth. A 782 (2015) 56

Measurement of the temperature dependence of pulse lengths in an n-type germanium detector
Eur. Phys. J. Appl. Phys. 56 (2011) 10104

Pulse shape simulation for segmented true-coaxial HPGe detectors
Eur. Phys. J. C 68, 609-618 (2010)

Neutron Interactions as Seen by A Segmented Germanium Detector
Eur. Phys. J. A 36, 139-149 (2008)

Characterization of the first true coaxial 18-fold segmented n-type prototype detector for the GERDA project Nucl.Instrum.Meth. A 577 (2007) 574