Themen für Abschlussarbeiten
Das T2K-Experiment
Das Experiment T2K (Tokai to Kamioka) untersucht das Phänomen der Neutrinooszillationen. Dabei ist es auf CP-Verletzung, also einen Unterschied zwischen Materie und Antimaterie, sensitiv und könnte so eine Erklärung dafür liefern, warum sich nach dem Urknall Materie und Antimaterie nicht vollständig vernichtet haben.
Aktuell wird der Nahdetektor erweitert, in Kürze wird die Strahlleistung des Beschleunigers erhöht und in einigen Jahren wird Hyper-Kamiokande als Ferndetektor seinen Betrieb aufnehmen. Für die Erweiterung des Nahdetektors von T2K werden neue TPCs installiert, die die Neutrinostreuung unter größeren Winkeln vermessen sollen. Wir werden aus Aachen als Teil des Gesamtsystems Monitorkammern (siehe Bild) beisteuern.
Beim Aufbau, der Inbetriebnahme und dem Test dieser neuen TPCs können Sie mitmachen! Es können sowohl Bachelor- als auch Masterarbeiten durchgeführt werden. Der Bau der Monitorkammern erfolgt in unserem Labor in Aachen, die Inbetriebnahme des TPC-Systems am CERN und die Integration in den Nahdetektor am Forschungszentrum J-PARC in Japan.
Im Bereich der Software gibt es Aufgaben in der Spurrekonstruktion in den neuen TPCs. Weiterhin untersuchen wir spezielle Endzustände von Neutrinowechselwirkungen im T2K-Nahdetektor
Eine Liquid-Organic TPC
Niederenergetische Neutrinos unter 5 MeV sind in der Neutrinophysik von besonderem Interesse, z. B. für die Untersuchung von solaren Neutrinos und Geoneutrinos. Dies gilt auch bei einem neuen Konzept zur Überwachung von Endlagern für radioaktive Abfälle, bei der die Neutrinos gemessen werden sollen, die von den im Abfall vorhandenen radioaktiven Isotopen bei ihrem Zerfall erzeugt werden.
In diesem Projekt wird eine TPC entwickelt, die statt eines Driftgases eine organische Flüssigkeit nutzt, um niederenergetische Neutrinos nachzuweisen. Im Gegensatz zu verflüssigten Edelgasen (z.B. Liquid-Argon-TPC) müssen organische Flüssigkeiten nicht zu tiefen Temperaturen abgekühlt werden, sondern befinden sich in der Regel bei Raumtemperatur schon in der flüssigen Phase. Ein Beispiel für solch ein Material, bei dem eine freie Drift von Elektronen nachgewiesen wurde, ist Tetramethylsilan. Wir untersuchen die Parameter der Elektronendrift in Tetramethylsilan, die uns zum Design unseres LOr-TPC-Prototyps führen sollen.
Beim Aufbau eines Prototyp-Detektors (siehe Bild) in unserem Labor können Sie mit Ihrer Abschlussarbeit von Anfang an dabei sein! Sie können aber auch bei der Entwicklung einer Simulation mitarbeiten, die das Monitoring eines nuklearen Endlagers mit dem vorgeschlagenen Neutrinodetektor abbildet.
R&D für Gasdetektoren
Unsere Gruppe hat große Erfahrung in der Untersuchung der Parameter von Driftkammergasen, z.B. der Größen Driftgeschwindigkeit, Gasverstärkung und Diffusion. Wir können diese Messungen zwischen dem Millibar-Bereich und mehreren Bar Absolutdruck durchführen. Zu diesem Zweck haben wir eine Miniatur-TPC, eine so genannte Hochdruck-Gasmonitorkammer (HPGMC), konstruiert (siehe Bild). Niedrige Drücke können Anwendung in Gasdetektoren zur Strahlungsüberwachung finden, hohe Drücke sind für zukünftige Neutrinodetektoren eine interessante Option.
Wir beschäftigen uns zusätzlich mit der Simulation der Vorgänge in Gasdetektoren und nutzen dafür verschiedene Simulationsprogramme. Eine Fragestellung ist z.B. die Suche nach klimafreundlichen Driftgasen für zukünftige Gasdetektoren. Weiterhin untersuchen wir sogenannte Micropattern-Gasdetektoren, deren Funktion auf mikrostrukturierten Komponenten besteht.
Im Rahmen von Bachelor- und Masterarbeiten können Messungen und Simulationen durchgeführt werden. Damit kann man zum Design zukünftiger Detektoren der Teilchenphysik beitragen.