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Autor: Dafni, Theopisti
Titel:A search for solar axions with the MICROMEGAS detector in CAST
Dissertation:TU Darmstadt, Fachbereich Physik, 2005

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Dafni1.pdf 1-3 2750980
Dafni2.pdf 4-7 4693035

Abstract auf Deutsch:


Zusammenfassung


Das Axion ist sehr faszinierend, wenn man die Anzahl und Vielfalt der Anwendungen, die seine Existenz impliziert, betrachtet: neben der Tatsache, dass es eine elegante Lösung des CP-Problems liefert, ist es einer der zwei überlebenden Kandidaten für die „Dunkle Materie“. Mehrere Experimente nutzen den Primakoff- Effekt, um nach Axionen zu suchen. In diesem Prozess kann ein Axion in einem elektrischen oder magnetischen Feld aus einem Photon entstehen und umgekehrt besteht die Möglichkeit, dass ein Axion sich unter ähnlichen Bedingungen in ein Photon umwandelt.

Das CAST-Experiment ist eines der Helioskope. Es benutzt einen fast 10m langen Prototypmagneten, des im Aufbau befindlichen Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf. Dieser Magnet erreicht ein magnetisches Feld von 9 Tesla. Die Bewegung dieses Aufbaus erlaubt es, den Magneten für etwa 100 Minuten während des Sonnenaufgangs auf die Sonne auszurichten. Für die gleiche Zeit kann der Sonne auch bei Sonnenuntergang beobachtet werden.

Der Energiebereich der nachzuweisenden Photonen liegt zwischen 1keV und etwa 10 keV und erfordert daher den Einsatz von Röntgendetektoren. An der EINER Magnetöffnung, die bei Sonnenaufgang Axionen beobachtet, befindet sich der Micromegas-Detektor. Dabei handelt es sich um einen Gasdetektor der Mikrostreifen-Art mit sehr asymmetrischer Doppelstruktur. Zusammen mit der hohen Granularität (384 Streifen) hat der Detektor eine sehr gute Orts- und Energieauflösung. Ein weiterer interessanter Punkt für diese Anwendung ist die hohe erreichte Unterdrückung des Untergrundes. Der CAST- Prototyp war der erste Micromegas-Detektor, bei dem eine zweidimensionale Auslese der Streifen realisiert wurde. Eine zusätzliche Auslese des Signals vom Gitter wurde ebenso benutzt und erlaubte es, mehr Informationen zu nutzen, um damit die Untergrundunterdrückung noch zu erhöhen.

Das Experiment schloss Ende des Jahres 2004 erfolgreich die erste Phase von CAST mit einer Laufzeit von zwei Jahren ab, ohne ein statistisch signifikantes Signal beobachtet zu haben.

Diese Arbeit beschreibt die Analyse der Daten, die vom Micromegas-Detektor während dieser ersten Phase aufgenommen wurden. Für das erste Jahr (2003) führte diese Analyse für den Micromegas-Detektor zu einer Obergrenze der Kopplungskonstante für eine Umwandlung von Axionen in Photonen von

gαγ≤ 1.50 x 10-10 GeV-1

in einem statistischen Vertrauensintervall (Confidence Level, C.L.) von 95% bei Axionmassen bis zu 0.02eV. Der erste vollständige Blick auf die Daten des zweiten Jahres führt zu einer Obergrenze von

gαγ≤ 1.21 x 10-10 GeV-1

bei 95% C.L. für denselben Massenbereich.

Durch Kombination der Ergebnisse aller Detektoren für das Jahr 2003 hat das Experiment die Axion-Photon-Kopplungskonstante um einen Faktor 5 -verglichen mit den bisherigen Experimente- verbessert auf

gαγ≤ 1.16 x 10-10 GeV-1

bei 95% C.L. für denselben Massenbereich.




Abstract auf Englisch:

The CAST Experiment completed its first phase in the end of 2004, after having run successfully for two years. The results of the data analysis of the Micromegas detector at CAST for 2003 and a first result of 2004 are presented here. This experiment has a sensitivity of almost a factor 100 better compared with previous searches.

The coupling constant of axions of mass up to 0.02 eV to photons has been restricted with a 95% Confidence Level to

gαγ≤ 1.50 x 10-10 GeV-1

for the 2003 Micromegas detector [and ga 1.16 × 1010 GeV1 after combining the

result of all the detectors of the experiment]. The preliminary limit acquired for the 2004

data is more strict, at

gαγ≤ 1.21 x 10-10 GeV-1

concerning the Micromegas detector.




Dokument aufgenommen :2005-07-06
URL:http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000577