SOX: Search for sterile neutrinos with Borexino

• Applicants: Professor Dr. Tobias Lachenmaier; Professor Dr. Michael Wurm
• Subject Area: Nuclear and Elementary Particle Physics, Quantum Mechanics, Relativity, Fields
• Term: from 2015 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 271968616

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Das 3-Flavor-Szenario beschreibt eine überwiegende Mehrheit der experimentellen Ergebnisse aus Neutrinooszillations-Experimenten konsistent - einige Experimente fanden jedoch Hinweise auf Abweichungen von den Vorhersagen des 3-Flavor-Szenarios und deuten möglicherweise auf die Existenz von sterilen Neutrinos hin. In Vorbereitung des SOX-Experiments, das eine intensive radioaktive Antineutrino-Quelle in kurzem Abstand vom Borexino-Detektor verwenden sollte, wurden in diesem Projekt die Entwicklung einer Eichmöglichkeit für die kalorimetrische Messung der Quellaktivität, vorbereitende Studien bezüglich der Systematik der Messung und einzelnen Schritten in der Datenanalyse, und begleitende Untersuchungen mit Monte Carlo-Simulationen durchgeführt. Trotz der unerwarteten Beendigung des SOX-Projekts sind die entwickelten Methoden für die genauere Messungen von solaren und Erd-Neutrinos mit Borexino nützlich. Vor allem das gewonnene, tiefere Verständnis der Ereignisse nahe dem Rand des mit Szintillator gefüllten Volumens können verwendet werden, um das sensitive Volumen, und damit die Empfindlichkeit des Experiments, zu steigern. Daneben profitieren die laufenden Messungen, die u.a. mit einer stabilisierten Temperaturverteilung im Borexino-Detektor auf eine erste Detektion von CNO-Neutrinos zielen, von dem verbesserten Algorithmus für die Ortsrekonstruktion, dem verbesserten Verfahren für die Rekonstruktion des zeitlich veränderlichen Szintillatorvolumens und weiteren Verbesserungen der Analysecodes und der ursprünglich für SOX entwickelten Borexino-Simulation.

Publications

• Search for sterile neutrinos with the SOX experiment. Nuovo Cim. 39 C (2016) 236
  A. Caminata et al.
  
• The search for sterile neutrinos with SOX-Borexino. Phys. Atom. Nucl., 79(11-12):1481–1484, 2016
  K. Altenmüller et al.
  
• Improvements in the simulation code of the SOX experiment. J.Phys. Conf.Ser. 888 (2017) 012145
  A. Caminata et al.
  
• A calorimeter for the precise determination of the activity of the 144 Ce-144 Pr anti-neutrino source in the SOX experiment. JINST, 13(09):P09008, 2018
  K. Altenmüller et al.
  
• Recent Borexino results and perspectives of the SOX measurement. EPJ Web Conf., 182:02099, 2018
  A. Porcelli et al.
  
• The SOX experiment hunts the sterile neutrino. PoS, NEUTEL 2017:043, 2018
  Lea Di Noto et al.