Suchen nach Dunkler Materie jenseits des WIMPs und Verbesserung des Trigger und DAQ Systems von SuperCDMS SNOLAB

• Antragstellerin: Professorin Dr. Belina von Krosigk
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420484612

Die Gesetze der Schwerkraft sind auβerordentlich erfolgreich darin Phänome auf groβen Skalen zu beschreiben. Gleichzeitig zeigen astrophysikalische Beobachtungen unbestreitbare Abweichungen von ihnen, was auf die Existenz einer neuen Form von Materie hinweist, sogenannter Dunkler Materie. Während die Existenz von Dunkler Materie als gesichert gilt, ist ihr Teilcheninhalt noch vollständig unbekannt. Zu den Teilchen Kandidaten gehören "Weakly Interacting Massive Particles" (WIMPs), Dunkle Photonen und Leichte Dunkle Materie (LDM).Die geplante Emmy Noether Gruppe (ENG) wird am SuperCDMS Experiment in Kanada nach Dunklen Photonen und LDM suchen. Sie wird darüberhinaus die Datennahme (DAQ) und das Triggersystem verbessern, was das Potenzial aller geplanten Dunkle Materie Suchen von SuperCDMS erhöhen wird. Die geplante ENG wird in die Universität Hamburg eingebunden sein mit Sitz am Kampus am DESY Hamburg.SuperCDMS ist ein Experiment, das direkte Suchen nach Dunkler Matrie, vor allem nach WIMPs, unter Verwendung von kryogenen Silizium und Germanium Detektoren durchführt. Es wird derzeit im SNOLAB in Kanada aufgebaut und beginnt im Jahr 2020 mit der Datennahme.Die von der geplanten ENG durchgeführten Analysen werden nicht nur in stärkere Limits auf Kopplungen Dunkler Photonen und LDM resultieren sondern darüberhinaus das Potenzial haben diese Teilchen zu entdecken. In früheren Suchen mit sogenannten SuperCDMS HV Detektoren war dies nicht möglich mangels eines vollständigen Untergrundmodells. Das Vermögen weltweit führend in den geplanten Suchen zu sein, hängt unter anderem von der Energieauflösung und der Triggerschwelle ab. Das derzeitige Design von SuperCDMS schöpft jedoch nicht das volle Potenzial des Experiments aus. Auflösung und Schwelle können durch eine Aufrüstung des DAQ- und Triggersystems weiter verbessert werden. Während der ersten Hälfte der Förderperiode wird die geplante ENG ein entsprechendes Trigger-Upgrade entwickeln, basierend auf kreuzkorreliertem "optimal filtering" über mehrere Detektionskanäle hinweg. Während der zweiten Hälfte der Förderperiode wird die geplante ENG die DAQ aufrüsten, um die Datennahme mit R&D Detektoren im SuperCDMS Aufbau zu ermöglichen. Diese Erweiterung erlaubt beispielsweise gemeinsame Projekte mit Kollaborationen mit einem ähnlichen Detektionsansatz wie EDELWEISS oder CRESST. Während der gesamten Förderperiode wird die geplante ENG Datenanalysen entwickeln und durchführen. Um in diesen Suchen eine Analyseschwelle an der Triggerschwelle zu erreichen, wird die Gruppe Methoden des maschinellen Lernens anwenden um effizient Ereignisse zu klassifizieren.Im Rahmen des geplanten Projekts wird die ENG eine signifikante Rolle innerhalb von SuperCDMS spielen, sowohl im Bereich der Datenanalyse als auch der Detektoroptimierung. Die Gruppe wird dabei helfen das Physik Potenzial des gesamten SuperCDMS Projekts zu maximieren und wird einzigartige Beiträge zum weltweiten Bestreben Dunkle Materie zu finden liefern.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen