The COBRA extended demonstrator – conception, characterization, commissioning

Abstract

Der neutrinolose doppelte Beta-Zerfall ist ein hypothetischer Kernzerfall dessen Nachweis grundlegende Fragen über bislang unbekannte Eigenschaften von Neutrinos liefern und auf Physik jenseits des Standard Modells der Teilchenphysik hindeuten würde. Das COBRA Experiment sucht nach diesem Zerfall mit Hilfe von CdZnTe Halbleiter-Detektoren. In dieser Arbeit wird ein wesentlich verbesserter Aufbau des Experiments, genannt Extended Demonstrator (XDEM), präsentiert. Um diesen zur verwirklichen, wurden wichtige Eigenschaften der verwendeten Detektoren in Labormessungen bestimmt. Außerdem wurden Simulationen durchgeführt um Aufschluss über die Wahrscheinlichkeit einen doppelten Beta-Zerfall zu detektieren zu erhalten und eine Abschätzung des Hintergrundes durch andere Prozesse zu erreichen. Darauf basierend wurden Daten analysiert, welche über mehr als ein halbes Jahr am LNGS Untergrundlabor in Italien aufgezeichnet wurden. Im Vergleich zu früheren Versionen des COBRA Experiments wurde der Hintergrund um mehr als einen Faktor 30 reduziert bei gleichzeitiger Steigerung der Wahrscheinlichkeit ein Signal zu messen um 50 %. Es wurden keine Hinweise auf neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall gefunden. Stattdessen wurden untere Grenzen für die Halbwertszeit der Zerfälle von 116Cd und 130Te aufgestellt, welche für 116Cd 2,7x10^21 yr und für 130Te 8.8x10^21 yr betragen. Dies sind die stärksten Grenzen auf diese Halbwertszeiten die im Rahmen des COBRA Experiments bestimmt wurden.