Dunkle Materie Gruppe

Bachelorarbeiten

 

Mögliche Themen für Bachelorarbeiten (Stand Dezember 2020):

  • Kryodestillation zur Entfernung von Radon, Krypton und Tritium aus Xenon
    Um beim DARWIN-Experiment mit einem Inventar von 50 t Xenon eine Reduktion des Radon-induzierten Untergrundes um einen Faktor zwei zu erreichen müssen ca. 10 t Xenon je Tag destilliert werden, was mit einem hohen technischen Aufwand verbunden ist. Ziel dieser Arbeit ist es, die sogenannten McCabe-Thiele-Diagramme, die im Allgemeinen die Grundlage für die Auslegung von Destillationsanlagen legen, für Xenon-Radon, Xenon-Krypton und Xenon-Tritium aufzustellen und in einen Simulationscode umzusetzen. Im Anschluss sollen Studien zum Temperatur- und Druckverhalten der Destillation durchgeführt werden um einen Vergleich der optimierten Betriebsparameter für die drei verschiedenen Untergrundquellen zu gewinnen.
    Um praktische Erfahrung im Bereich der Destillation zu gewinnen besteht bei gutem Vorankommen die Möglichkeit an der kryogenen Destillationsanlage bei Destillationsexperimenten von Wasserstoff-Deuterium Mischungen oder der ortho-para-Destillation mitzuwirken.
    Zudem kann der Simulationscode erweitert werden, um Zusammenhänge zwischen dem Xenon Inventar in der Kolonne, den Durchsätzen und der damit verbundenen Untergrundreduktion zu untersuchen. Dies ist ebenfalls von zentraler Bedeutung, da die Gesamtmenge an zur Verfügung stehendem Xenon für das DARWIN Experiment limitiert ist und daher sicher gestellt werden muss, dass möglichst viel Xenon für den Detektor zur Verfügung steht.
    Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Spaß am Programmieren und die Lust darauf, unbekannte Fragestellungen aktiv (mit) zu beantworten, sind hilfreich. Außerdem wird die Bereitschaft zur intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema erwartet und Freude, sich in ein modernes, spannendes und für Sie neues Wissenschaftsfeld einzuarbeiten.
     
  • Simulation von Reaktionen zur Produktion von Tritium im DARWIN Experiment
    Das DARWIN Experiment ist in der Planung und soll mit 50 Tonnen Xe nach WIMP- und Axion-artiger Dunkler Materie  und seltenen Neutrino-Signalen suchen. Dabei müssen alle Untergrundreaktionen extrem gut abgeschirmt bzw. unterdrückt werden. Eine mögliche Quelle von Untergrund stellen Tritiumzerfälle im Xenon bzw. in den Xenon-nahen Detektormaterialien dar, wie sie auch im XENON1T-Experiment diskutiert werden. In dieser Arbeit benutzen Sie das GEANT4 Simulationspaket, das bereits in unserer Gruppe verwendet wird und entwickeln ihre speziellen Routinen und Analyse-Methoden (in C++ und python). Sie simulieren Prozesse, die Tritium-Atomkerne produzieren (Spallation durch kosmische Myonen oder n,alpha-Prozesse an Lithium) und bestimmen die zu erwatende Rate an Tritium-Zerfällen als Untergrund für DM- und Neutrino-Signale.
    Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Grundkenntnisse in Python und ROOT sind hilfreich. Außerdem wird die Bereitschaft zur intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema erwartet und Freude, sich in ein modernes, spannendes und für Sie neues Wissenschaftsfeld einzuarbeiten.
     
  • Bestimmung der Kernrückstoßrate durch solare 8B-Neutrinos im DARWIN Experiment
    Das DARWIN Experiment ist in der Planung und soll mit 50 Tonnen Xe nach Dunkler Materie  und seltenen Neutrino-Signalen suchen. Zu diesen Neutrino-Signalen zählen Xenon-Rückstöße durch die kohärente elastische Neutrino-Kernstreuung (CEvNS) solarer Neutrinos. Insbesondere die solaren Neutrinos aus dem 8B-Zerfall können aufgrund ihrer relativ hohen Energien über CEvNS nachgewiesen werden. In dieser Arbeit berechnen Sie zunächst das Energiespektrum solarer 8B Neutrinos und die zu erwartende Rate an CEvNS im DARWIN Detektor. In diese Erwartung falten Sie die projizierten Detektorfunktionen wie Nachweisschwelle und Trennung von Kern- und Elektron-Rückstößen. Auf der Basis dieser Erwartung bestimmen Sie die Sensitivität von DARWIN auf mögliche systematische Unsicherheiten unseres Sonnenmodells (z.B. Temperaturabhängigkeit des 8B-Neutrinoflusses).
    Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Grundkenntnisse in Python und ROOT sind hilfreich. Außerdem wird die Bereitschaft zur intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema erwartet und Freude, sich in ein modernes, spannendes und für Sie neues Wissenschaftsfeld einzuarbeiten.

 

Für weitere Informationen wenden Sie sich gerne auch direkt an Prof. Dr. Kathrin Valerius oder Dr. Klaus Eitel.