Measurement of proton and alpha-particle quenching in LAB based scintillators and determination of spectral sensitivities to supernova neutrinos in the SNO+ detector

• Main Author: von Krosigk, Belina
• Other Authors: Technische Universität Dresden, Fakultät Mathematik und Naturwissenschaften
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden 2015
• Subjects: Flüssigszintillator; Ionisationsquenching; Supernova Neutrinos; liquid scintillator; ionization quenching; supernova neutrinos; ddc:530; rvk:UO 6440
• Online Access: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-172922; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-172922; http://www.qucosa.de/fileadmin/data/qucosa/documents/17292/Dissertation_BvKrosigk.pdf

SNO+, the successor of the Sudbury Neutrino Observatory, is an upcoming low energy neutrino experiment, located in the 2 km deep laboratory SNOLAB, Canada. The spheric acrylic vessel in the detector center will contain 780 t of LAB. The main goal of SNO+ is the search for the neutrinoless double beta decay of 130Te, using a novel scintillator in which natural Te is bound with an initial loading of 0.3% via water and a surfactant. Within this thesis, the first measurement of the Alpha-particle and proton quenching parameters of loaded and unloaded LAB is described. These parameters are crucial for an efficient background suppression, necessary to reach a sensitivity above the current limit in 76Ge of T1/2(0v) > 2.1 x 10^(25) y (90% C.L.). For 0.3% Te-loading, the quenching parameter obtained is kB = (0.0070 +/- 0.0004) cm/MeV for Alpha-particles and kB = (0.0090 +/- 0.0003) cm/MeV for protons. Additionally, the spectral sensitivity of SNO+ to supernova electron anti-neutrinos and muon and tau (anti-)neutrinos is determined for the first time, using inverse beta decay and v-p elastic scattering with the measured quenching parameters. The obtained sensitivity to the mean energy of electron anti-neutrinos is E = 15.47^(+1.54)_(-2.43) MeV and of muon and tau (anti-)neutrinos is E = 17.81^(+3.49)_(-3.09) MeV. === SNO+, der Nachfolger des Sudbury Neutrino Observatorys, ist ein bevorstehendes Niederenergie-Neutrino-Experiment im 2 km tiefen Untergrundlabor SNOLAB in Kanada. Die Acryl-Kugel im Zentrum des Detektors wird mit 780 t LAB gefüllt werden. Das Hauptziel von SNO+ ist die Suche nach dem neutrinolosen Doppelbetazerfall von 130Te mit einem neuartigen Szintillator, in dem natürliches Te mit einer Anfangskonzentration von 0.3% über Wasser und ein Tensid gebunden wird. In dieser Arbeit wird erstmals die Messung der Alpha-Teilchen und Proton Quenching Parameter in diesem und in normalem LAB beschrieben. Die Parameter sind unverzichtbar für eine effiziente Untergrund Unterdrückung, die notwendig ist um auf das bestehende Limit in 76Ge von T1/2(0v) > 2.1 x 10^(25) y (90% C.L.) sensitiv zu sein. Der ermittelte Quenching Parameter bei 0.3% Te beträgt kB = (0.0070 +/- 0.0004) cm/MeV für Alpha-Teilchen und kB = (0.0090 +/- 0.0003) cm/MeV für Protonen. Zusätzlich wird erstmals die spektrale Sensitivität von SNO+ auf Supernova Elektron Anti-Neutrinos und Muon and Tau (Anti-)Neutrinos bestimmt über den inversen Betazerfall und die elastische v-p Streuung zusammen mit den gemessenen Quenching Parametern. Die ermittelte Sensitivität auf die mittlere Energie der Elektron Anti-Neutrinos ist E = 15.47^(+1.54)_(-2.43) MeV und der Muon und Tau (Anti-)Neutrinos ist E = 17.81^(+3.49)_(-3.09) MeV.