KIP-Veröffentlichungen

Viele Modelle unseres Universums bauen auf der Existenz dunkler Materie auf, Materie, die zwar gravitativ mit Materie des Standard Modells interagiert, aber sonst unsichtbar für uns bleibt. Genauere Erkenntnisse über dunkle Materie könnten völlig neue physikalische Bereiche eröffnen, weshalb sich immer mehr Experimente das Ziel setzen, direkte Interaktion mit dunkler Materie zu messen. Das DELight Experiment ist eines dieser Experimente, welches es möglich machen wird, leichte dunkle Materie mithilfe von superfluidem 4He zu messen. Das Experiment ist gerade am Anfang seiner Entwicklung, und ein zentraler Punkt ist der geometrische Aufbau des 4He-Tanks. Die Dimesionen des Tanks bestimmen die Winkel und den Abstand zwischen Interaktionspunkt und Messgerät und beeinflussen damit das gemessene Signal. Das erwartete Signal von Interaktionen mit dunkler Materie entsteht durch nukleare Rückstöße, die unter anderem UV und IR Photonen, Quasiteilchen und Triplets erzeugen. Die energetische Aufteilung dieser Signale ist abhängig von der Gesamtenergie und der Art des Rückstoßes und damit essentiell für eine Rekonstruktions des Messereignisses. Diese Arbeit fokussiert sich auf diese Signale, die mit GEANT4 simuliert wurden, um zu untersuchen, wie sich die Tiefe des Helium Volumens und die Breite des Vakuumspalts auf Werte wie Erfassungseffizienz oder Signalüberlagerungen auswirken. Solange das hohe Aspektverhältnis des zylindrischen Heliumtanks beibehalten wird, da somit die Quasiteilchenerfassung maximal ist, haben sich geringe geometrische Variationen als unwesentlich erwiesen.

Various models of our universe rely on the concept of dark matter, a type of matter that interacts with Standard Model matter via gravity, but seems otherwise invisible to us. Beyond that, very little is known about dark matter and more precise insights could open up entirely new areas of physics. For this reason, an increasing number of experiments are being developed to detect direct interactions with dark matter. The DELight experiment is one of those experiments, and intends to broaden the parameter space using superfluid 4He, since its light nuclei provide high sensitivity to light dark matter. The experiment is currently in development, as is the geometry of the 4He cell, which impacts signal measurements by determining angle and distance between interaction points and measuring instruments. The expected signals from dark matter interactions stem from nuclear recoils and they include UV and IR photons, quasiparticles and triplet excimers. How the energy is partitioned into the different signal channels is dependent on the recoil type and the initial energy deposition. Reconstructing this energy partition is essential for correctly identifying interaction events, which is why this work focuses on the propagation of these signals. Photons, quasiparticles and triplet excimers were simulated using GEANT4, and it was analyzed how changes on the helium depth and the vacuum gap impact critical values such as collection efficiencies or signal overlap. Given the high aspect ratio of the cylindrical helium cell, which maximizes quasiparticle collection efficiency, it was found that slight geometrical variations have no substantial influence on the investigated values.