Analysis of the GERDA Muon Veto - First Light

Abstract

The experiment GERmanium Detector Array (Gerda) is searching for the neutrinoless double beta decay of 76Ge. If the neutrino is a Majorana particle, this very rare process of the weak interaction should be observed. Up to now, the double beta decay with emission of two neutrinos was found in several isotopes. Only a part of the Heidelberg-Moscow experiment claims to have observed the neutrinoless double beta decay. Despite the claim, the currently best limit for neutrinoless double beta decay of 76Ge is T1/2 (0nu) > 1.9 10^{25} y [KK01b]. Gerda just started a physics run with three germanium diodes enriched in 76Ge. As soon as an exposure of 15 (kg y) is reached, Gerda should be able to test the claim. In a second phase, the background of Gerda will be reduced by an additional factor of 10 and the 76Ge mass will be increased to push the limit for the halife time to T1/2 > 2 10^{26} y. To reach the needed sensitivity, the background has to be reduced to a rate of 10^{-3} counts / (keV kg year). This will be achieved through different background reduction (and identification) techniques, like pulse shape analysis or an active muon veto. In this work, the data acquisition and first data of the Cherenkov muon veto are presented. Different analysis tools have been developed and will be shown. A muon detection efficiency is derived from the very first data, and an offline muon cut threshold is presented. In addition, a calibration system for the muon detector system will be presented.

Das Experiment GERmanium Detector Array (Gerda) sucht nach dem neutrinolosen doppelten Betazerfall von 76Ge. Wenn Neutrinos Majorana-Teilchen sind, dann sollte dieser sehr seltene Prozess der schwachen Wechselwirkung stattfinden. Bis jetzt konnte nur der doppelte Betazerfall mit Aussendung von zwei Neutrinos beobachtet werden, dies jedoch in mehreren Isotopen. Einzig ein Teil der Heidelberg-Moskau Kollaboration behauptet, den neutrinolosen doppelten Betazerfall beobachtet zu haben. Abgesehen davon beträgt die momentan beste untere Grenze der Halbwertszeit des neutrinolosen doppelten Betazerfalls von 76Ge T1/2(0nu) > 1.9 10^{25} y [KK01b]. Gerda hat vor kurzem mit den ersten Messungen mit drei in 76Ge angereicherten Detektoren angefangen. Sobald etwa 15 (kg y) an Daten gesammelt wurden, sollte Gerda die behauptete Beobachtung des Zerfalls überprüfen können. In einer zweiten Phase wird die Untergrundrate um einen weiteren Faktor 10 gesenkt und die Masse an 76Ge erhöht werden, um die untere Grenze für die Halbwertszeit auf T1/2 > 2 10^{26} y zu erhöhen. Um die benötigte Sensitivität zu erreichen, muss der Untergrund auf eine Rate von 10^{-3} Ereignissen / (keV kg Jahr) reduziert werden. Dies wird durch verschiedene Maßnahmen zur Untergrundunterdrückung bzw. -identifizierung wie zum Beispiel Pulsform-Analyse und ein aktives Myonenveto erreicht werden. In dieser Arbeit werden die Datennahme und die ersten Daten des Cherenkov Myonveto Detektors präsentiert. Verschiedene Analysealgorithmen wurden entwickelt und werden ebenfalls vorgestellt. Von den ersten Daten wurde eine Myondetektionseffizienz abgeleitet und eine offline-Schwelle für die Myonenidentikation definiert. Zusätzlich wird ein Kalibrationssystem für den Myonendetektor vorgestellt.