Background Processes in the Electrostatic Spectrometers of the KATRIN Experiment

نوترینوها همچنان مرموزترین و مسلماً جذاب‌ترین ذرات مدل استاندارد هستند زیرا خواص ذاتی آنها مانند مقیاس جرم مطلق و خواص CP ناشناخته هستند. پرسش باز مقیاس جرم مطلق نوترینو با دقت بی سابقه ای توسط آزمایش نوترینو تریتیوم کارلسروهه (KATRIN) که در حال حاضر در دست ساخت است، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. این پایان نامه بر روی بخش طیف سنج KATRIN و فرآیندهای پس زمینه در آن تمرکز دارد. منابع پس زمینه مختلف مانند تله های پنینگ کوچک و همچنین فروپاشی هسته ای از اتم های تک رادون برای اولین بار در اینجا به طور کامل مشخص می شوند. اما مهم‌تر از همه، کاهش پس‌زمینه در طیف‌سنج تا بیش از پنج مرتبه بزرگی با حذف تله‌های پنینگ و توسعه یک روش کاملاً جدید کاهش پس‌زمینه با گرم کردن تصادفی الکترون‌های به دام افتاده با استفاده از رزونانس سیکلوترون الکترونی (ECR) امکان‌پذیر بود. این کار به زیبایی نشان می‌دهد که موانع و چالش‌های موجود در اندازه‌گیری مقیاس جرم مطلق نوترینوها را می‌توان با موفقیت برآورده کرد، اگر ابزارهای آزمایشی جدید (ECR) و روش‌های محاسباتی جدید (KASSIOPEIA) ترکیب شوند تا طیف‌سنجی تریتیوم ß تقریباً بدون پس‌زمینه امکان‌پذیر باشد. p>

Neutrinos continue to be the most mysterious and, arguably, the most fascinating particles of the Standard Model as their intrinsic properties such as absolute mass scale and CP properties are unknown. The open question of the absolute neutrino mass scale will be addressed with unprecedented accuracy by the Karlsruhe Tritium Neutrino (KATRIN) experiment, currently under construction. This thesis focusses on the spectrometer part of KATRIN and background processes therein. Various background sources such as small Penning traps, as well as nuclear decays from single radon atoms are fully characterized here for the first time. Most importantly, however, it was possible to reduce the background in the spectrometer by more than five orders of magnitude by eliminating Penning traps and by developing a completely new background reduction method by stochastically heating trapped electrons using electron cyclotron resonance (ECR). The work beautifully demonstrates that the obstacles and challenges in measuring the absolute mass scale of neutrinos can be met successfully if novel experimental tools (ECR) and novel computing methods (KASSIOPEIA) are combined to allow almost background-free tritium ß-spectroscopy.