German Title: Hochauflösende MMC-Arrays für Studien von niederenergetischen Eleketroneneinfangspektren

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Abstract

Neutrinos are the least understood particles within the Standard Model of particle physics (SM), and their absolute mass scale, as well as the number of neutrino flavors, is still unknown. Numerous experiments, such as the ECHo experiment utilizing metallic magnetic calorimeters (MMCs) employed at mK temperatures, and the BeEST experiments using superconducting tunnel junctions (STJs), seek to provide answers. Both experiments aim to measure low-energy electron capture (EC) processes of the isotopes Ho-163 and Be-7, respectively. In this thesis, three developments have been made which will contribute towards a better understanding of neutrinos. First, advancements have been achieved towards a wafer-scale implantation of Ho-163 within the ECHo experiment needed to reach the high statistics required for the ECHo-100k phase. Second, a Python library was developed to offer versatile tools for measurements performed using MMCs. Lastly, a 30-day measurement of the Be-7 EC process was conducted using ECHo-100k detector chips, selected for their high performance in previous experiments. This measurement revealed a broadening of the K-GS and L-GS lines to 5.8 eV and 8.4 eV, respectively, consistent with observations from the BeEST experiment.

Translation of abstract (German)

Neutrinos sind die am wenigsten verstandenen Teilchen innerhalb des Standardmodells der Elementarteilchenphysik (SM), und ihre absolute Massenskala sowie die Anzahl der Neutrino-Flavors sind noch unbekannt. Zahlreiche Experimente wie das ECHo-Experiment unter Verwendung von metallischen magnetischen Kalorimetern (MMCs) bei mK-Temperaturen, und das BeEST-Experiment unter Verwendung von supraleitenden Tunnelkontakten (STJs), versuchen Antworten zu liefern. Beide Experimente zielen auf die Messung niederenergetischer Elektroneneinfänge (EC) der Isotope Ho-163 und Be-7 ab. In dieser Arbeit wurden drei Entwicklungen vorgenommen, die zu einem besseren Verständnis der Neutrinos beitragen werden. Erstens wurden Fortschritte bei der Implantation von Ho-163 auf Wafer-Skala im Rahmen des ECHo-Experiments erzielt, die für die erforderliche hohe Statistik für die ECHo-100k-Phase notwendig sind. Zweitens wurde eine Python-Bibliothek entwickelt, die vielseitige Tools für Messungen mit MMCs bietet. Schließlich wurde eine 30-tägige Messung des Be-7-ECs mit ECHo-100k-Detektorchips durchgeführt, die aufgrund ihrer hohen Leistung in früheren Experimenten ausgewählt wurden. Diese Messung ergab eine Verbreiterung der K-GS- und L-GS-Linien auf 5.8 eV bzw. 8.4 eV, was mit den Beobachtungen aus dem BeEST-Experiment übereinstimmt.