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The design study of IceCube DeepCore : Characterization and veto studies

Schulz, Olaf

German Title: Die Design-Studie des IceCube DeepCore Detektors : Charakterisierung und Veto-Studien

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Abstract

In dieser Arbeit wird die zentrale Design-Studie für die Niedrig-Energie Erweiterung "DeepCore", des IceCube Neutrino Teleskops, vorgestellt. IceCube und DeepCore befi nden sich derzeit im Bau am geographischen Südpol. Mit DeepCore wird die Energieschwelle von IceCube signifi kant gesenkt, was neue Möglichkeiten eröff net um, unter anderem, die Suche nach galaktischen Neutrino-Punktquellen zu optimieren, Neutrino-Oszillationen in einem bisher nur grob vermessenen Energiebereich zu messen und eine höhere Sensitivität für etwaige, durch Annihilation dunkler Materie induzierte, Neutrino-Signale von der Sonne zu erreichen. Parallel zu der DeepCore Design-Studie, wurde eine neuartige, Software-basierte, Technik entwickelt um den Hintergrund von atmosphärischen Myonen zu reduzieren (Myon-Veto). Mit dieser Technik ist es IceCube erstmals möglich im gesamten messbaren Energiebereich nach Neutrinos aus der südlichen Hemisphäre zu suchen, wenn auch mit reduziertem e ffektivem Volumen. Desweiteren wurde, im Laufe der Entwicklung dieser Myon-Veto Technik, eine Möglichkeit entdeckt, auch die gemessene Rate von atmosphärischen Neutrinos zu reduzieren. Diese stellen einen bislang unreduzierbaren Hintergrund für alle Suchen nach Neutrinos extraterrestrischen Ursprungs dar. Dieser E ffekt wurde, unabhängig von einem etwaigen Detektor-Design, analytisch untersucht. Zum Zeitpunkt der Beendigung dieser Arbeit beginnt die erste Datennahme von Ice- Cube mit DeepCore bei der die volle Myon-Veto Kapazität zur Verfügung steht. Diese Arbeit endet mit einem ersten Blick auf mit DeepCore genommene Daten und einer ersten Abschätzung der Sensitivität DeepCores zur Messung einer Punktquelle am Südhimmel.

Translation of abstract (English)

In this thesis the design study for the low energy extension to the IceCube neutrino telescope, called DeepCore, is presented. IceCube and DeepCore are currently under construction at the geographic South Pole, Antarctica. With DeepCore the energy threshold of IceCube is signi ficantly lowered, opening new possibilities to, e.g., improve low-energy point source searches, to measure standard vacuum neutrino oscillations and to increase the sensitivity to solar dark matter annihilation signals. In parallel to the DeepCore design study a, software based, active atmospheric muon veto technique has been developed, which for the first time, allows IceCube to measure neutrinos with a full sky (4 Pi) acceptance, although at a signi ficantly reduced e ffective volume. Furthermore, in the course of the active atmospheric muon veto development, a new opportunity has been discovered to also reduce the measured rate of atmospheric muon neutrinos, a previously irreducible background to any search for extra-terrestrial neutrinos. This e ffect has been analytically studied, independent of any detector design. As of today, the first data-taking period with full atmospheric muon veto capabilities lies ahead. This thesis concludes with a fi rst look on early data taken with DeepCore and a first estimation of a sensitivity to a southern hemisphere point source.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Bernlöhr, Dr. Privat Konrad
Date of thesis defense: 21. July 2010
Date Deposited: 24. Aug 2010 11:53
Date: 2010
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Neutrino-Astronomie , IceCube (Experiment) , Astro-Teilchenphysikneutrino-astronomy , IceCube (experiment) , astro-particle-physics
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