Entwicklung eines Spurdetektors für das Mu3e-Experiment basierend auf neuartigen dünnen monolithischen Pixelsensoren mit Hochspannung

• Antragsteller: Professor Dr. André Schöning
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277075064

Basierend auf monolithischen Aktiven Pixel-Sensoren mit Hochspannung (HV-MAPS) wird zur Zeit ein Spurdetektor für das Mu3e-Experiment entwickelt. Das Mu3e-Experiment am Paul-Scherrer Institut (PSI, Schweiz) soll nach dem Leptonfamilie-verletzenden Zerfall Muon -> eee mit einem Verzweigungsverhältnis von kleiner als 10^{-16} suchen. Daraus ergeben sich extreme Anforderungen an die Impulsauflösung und die maximale Detektionsrate von Spuren (Hits). Um diese Anforderungen erfüllen zu können, wurde ein neuartiges Detektorkonzept vorgeschlagen. Dieses beinhaltet ultra-dünne HV-MAPS Sensoren mit eine Dicke von 50 Mikrometern, oder sogar dünner, eine ultra-leichte Tragestruktur basierend auf dünnen Polyimid-Folien und eine Sensorkühlung mit Heliumgas.Alle Maßnahmen zusammen führen zu einer signifikanten Reduzierung der Coulomb-Vielfachstreuung im Vergleich zu herkömmlichen Standard-Siliziumdetektoren und erlauben die präzise Messung von Teilchenbahnen bei niedrigen Impulsen und bei gleichzeitig hohen Raten von mehr als einer Milliarde Zerfällen pro Sekunde.Das Ziel des Projekts ist es, einen Pixeldetektor-Prototypen basierend auf der HV-MAPS Technologie zu bauen und für eine Serienfertigung zu qualifizieren. Der vorgeschlagene Detektor ließe sich später auch für andere Hochratenexperiment bei niedrigen Energien verwenden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Ivan Peric; Dr. Dirk Wiedner, Ph.D.