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Projekt
DELight: Datennahmesystem und Computing
Antragstellerin
Professorin Dr. Belina von Krosigk
Fachliche Zuordnung
Kern- und Elementarteilchenphysik, Quantenmechanik, Relativitätstheorie, Felder
Förderung
Förderung seit 2026
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 561595909
DELight ist ein neues Experiment zur Suche nach Teilchen leichter dunkler Materie (LDM) mit Massen deutlich unter 1 GeV/c2 durch den Nachweis elastischer LDM-Streuung an einem Target aus kryogenem flüssigen Helium (LHe). Seine niedrige Massenzahl, die mit magnetischen Mikrokalorimetern (MMCs) erreichbare niedrige Energieschwelle, seine intrinsische Radioreinheit und die Verfügbarkeit mehrerer Signalkanäle machen LHe zu einem idealen Detektionsmedium für LDM-Suchen. DELight kann nur durch die Zusammenführung seiner sechs Projekte realisiert werden. Jedes Projekt spielt eine grundlegende und einzigartige Rolle, wobei dieses Teilprojekt (P5) verantwortlich ist für das Data Acquisition (DAQ) und Trigger System auf Hardware- und Softwareebene sowie für die Computing-Infrastruktur. DAQ, Trigger und Computing sind essenziell, um Energiedepositionen zuverlässig zu identifizieren, die Daten zu erfassen und zu verarbeiten und die Datenspeicherung und den Datenzugriff für die Analyse zu verwalten. Um die Sensitivität des Experiments zu maximieren, sind zwei Aspekte für DAQ und Computing entscheidend: Zum einen muss Totzeit vermieden werden, um die Dauer der Datennahme, und damit die Sensitivität gegenüber dem Streuquerschnitt von Dunkler Materie, zu maximieren. Zum anderen muss die Trigger-Schwelle so niedrig wie möglich sein, um auch auf sehr niedrige Dunkle-Materie-Massen empfindlich zu sein, ohne die Triggerrate durch Rauschen signifikant zu erhöhen. Dafür wird ein zweistufiges Triggersystem entwickelt: Der Level-1 (L1) Trigger erfolgt auf Hardwareebene, während der anschließende Level-2 (L2) Trigger auf Softwareebene implementiert wird. Der L1-Trigger bewertet die digitalisierten Zeitreihendaten der MMC-basierten großflächigen Mikrokalorimeter (LAMCALs) und entscheidet, ob eine Erhöhung über dem Basislinienniveau als Signal oder Rauschen zu werten ist. Die Auflösung der Basislinien zusammen mit der Fähigkeit des L1-Triggers, zwischen Rauschen und Signal bis hin zu sehr geringen Energiedepositionen zu unterscheiden, definiert die L1-Trigger-Schwelle. In Phase-I von DELight werden 56 LAMCALs, und damit 56 auszulesende Kanäle, implementiert. Die angestrebte Auflösung der Basislinie jedes LAMCALs liegt bei σ < 1 eV, was einer 4σ-Trigger-Schwelle von etwa 4 eV pro LAMCAL entspricht. Der L2-Trigger kombiniert die L1-Informationen zur Entscheidung über das vollständige Ereignis mit dem Ziel einer 20 eV L2-Trigger-Schwelle. In späteren Phasen von DELight wird mit einer höheren Anzahl an Auslesekanälen gerechnet, zum Beispiel durch die Instrumentierung der Seitenwände, einen größeren Zelldurchmesser und ein mögliches Double-Readout-Design der LAMCALs. Gleichzeitig wird eine bessere Energieauflösung und eine niedrigere Trigger-Schwelle angestrebt. Ziel dieses Projekts ist somit ein skalierbares, totzeitfreies DAQ-System mit einem hocheffizienten, niederenergetischen Triggersystem, eingebettet in eine schlanke, wartungsarme Computing-Infrastruktur.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
