Weltbeste Energieauflösung für die künftige Suche nach dunkler Materie
Ein Team von Wissenschaftler*innen des KIT und der Universität Heidelberg hat einen neuen Detektortyp entwickelt, eine Variante des magnetischen Mikrokalorimeters (MMC), der Röntgenstrahlung mit bisher unerreichter Präzision messen kann, wie sie für die hochauflösende Röntgenemissionsspektroskopie benötigt wird. Die Forschenden testeten die Leistung des MMC mit einer 55Fe-Quelle, die Röntgenstrahlen mit einer bekannten Energie von etwa 6 keV aussendet. Sie wendeten eine ausgeklügelte Datenanalysemethode an, um das Signal aus dem Rauschen zu extrahieren und die Energie der einzelnen Röntgenstrahlen zu rekonstruieren. Sie fanden heraus, dass das MMC eine Auflösung von 1,25 eV erreicht, d. h. es kann Röntgenstrahlen unterscheiden, die sich in ihrer Energie um weniger als 0,02 % unterscheiden. Dies ist die beste Auflösung, die jemals für energiedispersive Detektoren für weiche und zarte Röntgenstrahlung berichtet wurde. Die Forschenden haben auch die Faktoren ermittelt, die die Auflösung begrenzen, wie z. B. Temperaturschwankungen im Detektor. Sie schätzten, dass die theoretische Grenze des MMC bei etwa 0,5 eV liegt, die durch eine Verbesserung der Konstruktion und des Betriebs des Detektors erreicht werden könnte. Die MMC-Technologie hat viele potenzielle Anwendungsmöglichkeiten, z. B. die Untersuchung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Materialien, den Nachweis von Spurenelementen in biologischen Proben und die Suche nach Teilchen aus dunkler Materie. Das Team plant, die MMC-basierte Detektortechnologie für ein vorgeschlagenes Experiment namens DELight zu nutzen, bei dem nach Wechselwirkungen zwischen dunkler Materie und supraflüssigem Helium gesucht wird.
Die Ergebnisse wurden bei "Applied Physics Letters" (Beschreibung des Detektors) und "Physics Review D" (statistische Analyse) eingereicht und sind auch als Preprints auf arxiv verfügbar:
Kontakt: Prof. Torben Ferber, Prof. Markus Klute