KIP-Veröffentlichungen

Nach dem Standardmodel der Teilchenphysik ist das Neutrino masselos. Mit der Beobachtung der Neutrino-Oszillation wurde gezeigt, dass das Neutrino eine endliche Masse besitzt. Bei der „Electron Capture in ¹⁶³Ho-Kollaboration (ECHo) ist eine Sensitivität bzgl. der Masse des Elektroneutrinos von unter 1 eV geplant. Eine endliche Masse des Neutrinos hat direkten Einfluss auf die Form des kalorimetrischen Energiespektrum des Zerfalls. Um diesen Einfluss zu identifizieren, muss das ¹⁶³Ho-Spektrum gut verstanden sein. Zur Studie dieses Spektrums ist eine Hochstatistikmessung erforderlich.
In dieser Arbeit wurde ein neuer experimenteller Aufbau entworfen, um das kalorimetrische Energiespektrum von ¹⁶³Ho in einer Hochstatistikmessung mit einer Auflösung von ΔE_FWHM ≈ 10 eV zu messen. Dabei wurden metallisch magnetische Mikrokalorimeter verwendeten, in dessen Absorber das instabile Nuklid implantiert wurde. Die Detektoren wurden bei einer Temperatur von 4,2 K charakterisiert und zeigten ein gutes Verhalten. Der Aufbau wurde in einem Verdünnungskryostaten bei der Arbeitstemperatur von 22 mK getestet.
Hierbei trat ein unerwarteter Rauschbeitrag auf. Der Detektor erreichte eine Auflösung von Δ
E_FWHM ≈ 50 eV. Eine Änderung des Auslesesystems des Detektors wird es zukünftigen Experimenten erlauben bessere Leistungsfähigkeit zu erreichen.

According to the Standard Model of Particle Physics neutrinos are massless. The observation of neutrino oscillations demonstrates that neutinos are indeed massive particles. The Electron Capture in ¹⁶³Ho collaboration (ECHo) plans to reach a sensitivity to the electron neutrino mass below 1 eV. The tiny mass of electron neutrinos have a direct impact in the shape of the ¹⁶³Ho spectrum in the region close to the endpoint. In order to identify this effect, a good theoretic understanding of the spectrum is needed.
In this work a new detector set-up was developed to perform a high statistics measurement of the ¹⁶³Ho spectrum with an energy resolution below 10 eV. For this, metallic magnetic calorimeters with enclosed ¹⁶³Ho are used. The detectors have been characterized at 4.2 K showing a good perfomance. In a test run performed in a dilution refrigerator at a base temperature of 22 mK, an unexpected additional noise of the readout channel was present.
The achieved energy resolution was about Δ
E_FWHM ≈ 50 eV which did not allow for the precise measurement of the ¹⁶³Ho spectrum. A modification of the detector readout will allow in a future experiment to reach the aimed perfomance.