Mai 2025
Die Zukunft von Neutrinos simulieren
„Mein Hauptprojekt beschäftigt sich mit Analysen und Simulationen für das zukünftige Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE). Dieses Experiment wird Beschleunigerkollisionen als Quelle zur Untersuchung der Eigenschaften von Neutrinos nutzen und befindet sich derzeit in der Entwicklungs- und Aufbauphase.
DUNE wird aus zwei Detektoren bestehen: Einer wird vor dem Strahl positioniert, der andere in 1300 km Entfernung. Der Nahdetektor wird den Neutrinofluss des Strahls messen, der Ferndetektor den entsprechenden oszillierenden Neutrinofluss. Der Nahdetektor wird einen innovativen Ansatz verfolgen: Er wird nicht nur vor dem Teilchenstrahl messen, sondern auch senkrecht dazu bis zu einer Entfernung von 30 Metern. Diese Konfiguration wird es uns erlauben, verschiedene Flüsse zu messen, die wir zur Vorhersage der Flüsse am Ferndetektor verwenden können.
Hier kommt meine Simulationsarbeit ins Spiel. Indem wir diese Analysen durchführen und verschiedene Flüsse und Positionen kombinieren, werden wir in der Lage sein, die Neutrinoeigenschaften mit minimaler Abhängigkeit von der Neutrino-Kern-Wechselwirkung vorherzusagen. In den aktuellen Experimenten ist diese Wechselwirkung eine Quelle der Unsicherheit, da die Analyse von dem theoretischen Modell abhängt, mit dem sie beschrieben wird.
©: Jonas Werner Photography
In meiner Studie verwende ich die technischen Spezifikationen von DUNE, um das Energiespektrum der Neutrinos in eine Simulation des Detektors einzugeben. Meine Simulationen vergleiche ich mit den Daten, die der Detektor liefern würde. Da wir noch keine Messungen haben, beziehe ich diese Daten aus zusätzlichen Simulationen, in die ich die Ergebnisse anderer Experimente einbeziehe. Die Analyse ist nun unabhängig von der Neutrino-Kern-Wechselwirkung, hängt aber aufgrund neuer Effekte durch die Entfernung des Detektors vom Strahl von den gemessenen Flüssen ab.
Als ich begann, die Messungen fern des Strahls zu untersuchen, stellte ich fest, dass bei dieser Konfiguration einige Detektorparameter einen großen Einfluss auf die Unsicherheiten haben. Da sich der Detektor noch im Bau befindet, konnte ich mit Hilfe der Verantwortlichen für die Strahlarchitektur Ideen entwickeln, um diese Effekte zu reduzieren.
Dieses Projekt ist eine Zweibahnstraße: Ich benutze die Spezifikationen des Detektors für meine Simulationen, und gleichzeitig können wir diese Ergebnisse verwenden, um das Design zu überprüfen und Wege zu finden, die Leistung des Experiments in Zukunft zu verbessern.“
Dr. Ioana Caracas ist seit September 2022 Postdoc bei Prof. Alfons Weber und seitdem Mitglied der DUNE-Kollaboration. Ursprünglich aus Bukarest promovierte sie an der Bergischen Universität Wuppertal. Mit ihrem ersten Postdoc hat sie ihre Leidenschaft für die Neutrinophysik gefestigt und möchte in diesem Bereich weiter forschen.