Darwin Demonstrator: Entwicklungsplattform für flüssig-Xenon Detektoren

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Der direkte experimentelle Nachweis von dunkler Materie im Labor und die Charakterisierung des dunklen Materie Teilchens ist eine der wichtigsten Ziele der (Astro-)Teilchenphysik. Die weltweit empfindlichsten Detektoren zur Suche verwenden kryogenes, flüssiges Xenon als Detektormaterial in zwei-Phasen Zeitprojektionskammern (liquid xenon TPCs) mit einem äußerst geringen radioaktiven Hintergrund. Gegenwärtig werden Instrumente mit etwa 6 Tonnen aktivem Detektormaterial entwickelt. Ein ultimativer Detektor für dunkle Materie, wie er z.B. im Rahmen des internationalen DARWIN Projekts realisiert werden soll, wird in seiner Empfindlichkeit nur durch irreduzible Wechselwirkungen von Neutrinos mit Xenon Kernen beschränkt werden. Dazu ist allerdings eine aktive Detektormasse von etwa 40 Tonnen Xenon notwendig, was TPC Dimensionen von etwa 2,6 m Höhe und Durchmesser entspricht. Die Technologien, um eine zwei-Phasen TPC dieser Größe zu realisieren, müssen zunächst entwickelt werden. Der DARWIN Demonstrator, die hier beantragte Detektorentwicklungsplattform für flüssig-Xenon Detektoren, wird dies ermöglichen, da sie weltweit einmalig alle relevanten Detektordimensionen nachbildet. Somit werden erstmalig Tests und Entwicklungen von TPC-Komponenten in Realgröße möglich. Die Plattform besteht aus mehreren Sub-Systemen mit jeweils einer Vielzahl von Komponenten und wird von der Freiburger Astroteilchenphysik Gruppe aufgebaut und betrieben werden. Der Hauptfokus der geplanten Untersuchungen liegt auf der Entwicklung und dem Test von Schlüsselkomponenten von sehr großen flüssig-Xenon TPCs, wie etwa der Auslesestruktur für Ladungssignale.