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Measurement of a high energy resolution and high statistics 163Ho electron capture spectrum for the ECHo experiment

Velte, Clemens

German Title: Messung eines Hochstatistik 163Ho -Elektroneneinfangspektrums mit hoher Energieauflösung für das ECHo Experiment

[img] PDF, English
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The goal of the ECHo collaboration is to reach a sub-eV sensitivity on the effective electron neutrino mass by the analysis of the high energy resolution and high statistics 163Ho electron capture spectrum measured with metallic magnetic micro calorimeters. Within this thesis several measurements have been performed for detector optimization and for a study of the spectral shape of the 163Ho . In a first measurement the heat capacity of Ho-ions implanted in gold absorbers was measured. It was found that an implanted activity per pixel of a = 10 Bq does not compromise in a noticeable way the performance of the detector at T = 20 mK. To test the performance of MMC detectors shielded by rock and to check this option of operation for future ECHo phases, an experiment was performed in an underground lab. This measurement allowed for the first time a detailed investigation of the 163Ho spectral shape. Furthermore, was a first high statistic 163Ho spectrum acquired. The analysis allows for a determination of the Q-value of the 163Ho EC with Q = 2.837 +- 0.005 (stat) +- 0.005 (syst) keV and to perform a first analysis of the end point region of the spectrum to extract an effective electron neutrino mass.

Translation of abstract (German)

Ziel des ECHo-Projektes ist ein neues oberes Limit für die effektive Elektron- Neutrinomasse m_v < 1eV zu geben mittels der Analyse eines 163Ho - Elektroneneinfangspektrums, welches mit metallischen magnetischen Kalorimetern (MMC) gemessen wird. In dieser Arbeit wurden mehrere Messungen für das ECHo Projekt durchgeführt. In der ersten Messung wurde die Wärmekapazität der in den Goldabsorber der MMCs implantierten Ho-Ionen gemessen. Es wurde gezeigt, dass die angestrebte Aktivität von 10 Bq pro MMC bei einer Temperatur von 20 mK die Detektorleistung nicht wahrnehmbar beeinflusst. Um die Notwendigkeit einer Abschirmung durch Gestein, auch für spätere Phasen von ECHo, zu testen wurde eine Messung des 163Ho -Spektrums in einem Untergrundlabor durchgeführt. Dies erlaubte zum erstem Mal eine detaillierte Analyse der spektralen Form von 163Ho . Zudem wurde ein erstes 163Ho -Spektrum mit einer sehr hohen Statistik und einer guten Detektor-Energieauflösung gemessen. Q = 2,837 +- 0,005 (stat) +- 0,005 (syst) keV konnte durch eine Analyse der Messergebnisse bestimmt werden. Auÿerdem konnten durch die Analyse der Endpunktsregion erste Informationen über m_v extrahiert werden.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Gastaldo, Jun.-Prof. Dr. Loredana
Place of Publication: Heidelberg
Date of thesis defense: 30 October 2019
Date Deposited: 14 Nov 2019 09:49
Date: 2020
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Kirchhoff Institute for Physics
Subjects: 530 Physics
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