Suche nach Verletzung der Lepton-Familienzahl mit dem Mu3e-Experiment - Scintillating Tile Detector

• Antragsteller: Professor Dr. Hans-Christian Schultz-Coulon
• Fachliche Zuordnung: Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443478861

Das vorgeschlagene Projekt wird im Kontext des Mu3e-Experiments durchgeführt, das derzeit am Paul Scherrer Institut (PSI) in der Schweiz aufgebaut wird. Ziel des Mu3e-Experiments ist die Suche nach dem seltenen, geladenen, Lepton-Flavor verletzenden Zerfall μ ➛ eee. In der ersten Phase wird eine Empfindlichkeit (SES) von BR(μ ➛ eee) ≈ 2-3 × 10E-15 angestrebt; dies entspricht einer Verbesserung um den Faktor 200 im Vergleich zur bestehenden Grenze. In einer zweiten Phase - nach der Installation der neuen High Intensity Muon Beamline (HIMB) am PSI und einer damit einhergehenden Aufrüstung des Experiments - soll ultimativ eine Empfindlichkeit von O(10E-16) erreicht werden. Das Kirchhoff-Institut für Physik an der Universität Heidelberg (HD-KIP) ist Gründungsmitglied der Mu3e-Kollaboration und hat sowohl zum ursprünglichen Projektvorschlag (Research Proposal) als auch zum technischen Designreport (TDR) beigetragen. Zeitplan und physikalische Motivation für das Mu3e-Experiment sind im Verlängerungsantrag für die Mu3e Forschungsgruppe (FG) detailliert beschrieben. In diesem Projektantrag werden die geplanten Arbeiten am Kirchhoff-Institut (KIP) skizziert, die für die Fertigstellung, die Inbetriebnahme und den Betrieb des Mu3e-Timingsystems, das aus Scintillating-Tile- (SciTile) und Scintillating-Fibre-Detektor (SciFi) besteht, erforderlich sind; außerdem werden Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Vorbereitung der zweiten Phase (Mu3e Phase II) des Experiments vorgeschlagen. Der SciTile-Detektor ist vollständig am Kirchhoff-Institut entwickelt worden; erste SciTile-Module werden derzeit am KIP validiert. Darüber hinaus stellt das KIP den so genannten MuTRiG ASIC zur Verfügung, der als Front-End-Chip für beide Timing-Detektoren verwendet wird. SciFi- und SciTile-Detektor liefern zusammen die Mu3e-Zeitinformation, die den Untergrund aus zufälligen Koinzidenzen, die Drei-Elektronen-Signalereignisse vortäuschen, ausschließt. Im Einzelnen sollen in der zweiten Förderperiode am KIP folgende Arbeiten durchgeführt werden: Fertigstellung und Inbetriebnahme des SciTile-Detektors, Fertigstellung und Validierung der Front-End-Ausleseelektronik, Datennahme und Betrieb des Detektors sowie Synchronisierung des Mu3e-Timing-Systems. Darüber hinaus wird sich die KIP-Gruppe an der Analyse der aufgezeichneten Mu3e-Daten beteiligen und F&E-Arbeiten zur Vorbereitung des Phase II Upgrades des Timing-Systems durchführen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 5199: Suche nach Verletzung der Lepton-Familienzahl mit dem Mu3e-Experiment
• Mitverantwortlich: Dr. Konrad Briggl