Monitoring of the energy scale in the KATRIN neutrino experiment

Abstract

Otázka absolutní škály hmotností neutrin je předmětem mimořádného zájmu v částicové fyzice, astrofyzice a kosmologii. Experiment KATRIN (KArlsruhe TRItium Neutrino experiment) má za cíl měření efektivní hmotnosti elektronového antineutrina z tvaru β- spektra tritia s nebývalou citlivostí 0,2 eV/c2 . Jeden z hlavních systematických efektů se týká experimentální energetické škály, která musí být stabilní na úrovni pouhých několika miliontin. Pro její kalibraci a monitorování budou rozsáhle využívány monoenergetické elektrony, které jsou emitovány při vnitřní konverzi γ-přechodu metastabilního izotopu 83m Kr. Předmětem této disertace je problematika zkreslení energetické škály KATRIN a jejího monitorování. Je studován zdroj elektronů založený na 83m Kr zabudovaném v pevné látce jakožto i zdroj založený na plynném 83m Kr. Na základě experimentálních výsledků je navrhnut postup nepřetržitého monitorování stability. 1

The question of the absolute mass scale of neutrinos is of particular interest for particle physics, astrophysics, and cosmology. The KATRIN experiment (KArlsruhe TRItium Neutrino experiment) aims to address the effective electron antineutrino mass from the shape of the tritium β-spectrum with an unprecedented sensitivity of 0.2 eV/c2 . One of the major systematic effects concerns the experimental energy scale, which has to be stable at the level of only a few parts in a million. For its calibration and monitoring the monoener- getic electrons emitted in the internal conversion of γ-transition of the metastable isotope 83m Kr will be extensively applied. The aim of this thesis is to address the problem of KA- TRIN energy scale distortions and its monitoring in detail. The source of electrons based on 83m Kr embedded in a solid as well as the source based on gaseous 83m Kr are studied. Based on the experimental results an approach for the continuous stability monitoring is proposed. 1