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Exploring coherent neutrino-nucleus scattering with gram-scale cryogenic calorimeters

Descripción del proyecto

Un detector de mesa ofrece nuevos conocimientos sobre los billares de partículas

Los neutrinos han frustrado e intrigado a los científicos durante decenios. A pesar de su ubicuidad —billones de ellos pasan por nuestro cuerpo cada segundo— no son nada reactivos, lo que hace que los medios de detección habituales mediante pruebas de colisiones sean casi inservibles. Hace casi medio siglo, los científicos predijeron que los neutrinos deberían colisionar más frecuentemente con los núcleos atómicos que con otras partículas. Esto resultaría en el retroceso del núcleo, un proceso llamado dispersión elástica coherente neutrino-núcleo. Esta predicción se constató por primera vez hace solo unos años. Ahora, un grupo de científicos financiados con fondos europeos está aprovechando su sensibilidad sin precedentes para la detección de los retrocesos nucleares con el proyecto NU-CLEUS. El equipo integrará la tecnología en un detector de mesa sin igual, lo que prepara el camino para una nueva era de descubrimientos para el equipo, Europa y la comunidad mundial de la física de partículas.

Objetivo

ν-cleus will be a new multi-purpose table-top experiment aimed at the first exploration of coherent neutrino-nucleus scattering (CNNS) at a nuclear power reactor. Our novel detector technology will achieve an unprecedentedly high sensitivity to new physics within and beyond the Standard Model of Particle Physics, with an enormous discovery potential. The new method is not only complementary to competing approaches, but superior in terms of performance, cost and size.

The ultra-low threshold character of my experiment will allow a determination of the Weinberg angle at MeV-scale momentum transfers and the first direct search for eV-scale sterile neutrinos via CNNS. We will significantly improve the sensitivity for a neutrino magnetic dipole moment, unravel anomalies in the reactor antineutrino spectrum and test new models for exotic neutral currents.

My research on gram-scale cryogenic calorimeters (gramCCs) has resulted in a recent breakthrough: we achieved the world-best energy threshold for nuclear-recoils of 19.7eV one order of magnitude lower than for previous detectors. I propose to operate gramCCs within a fiducial-volume cryogenic detector. This completely new detector concept is suited for an above-ground operation of excellent performance while backgrounds are significantly suppressed. Located at a nuclear power reactor ν-cleus will achieve a signal-to-background ratio of ~10^3 - a unique situation in neutrino physics. This will enable a rapid discovery of CNNS within a few weeks.

ν-cleus will have enormous impact on modern physics and future technologies. It will be a prototype for next-generation, high-precision solar neutrino experiments and guarantees a technological spin-off for reactor safeguards and non-proliferation measures. With this ERC grant I will set up a high-class research team with world-leading expertise in cryogenic detectors and low-background techniques, which will ensure Europe’s role as a pioneer in this new field.

Régimen de financiación

ERC-STG - Starting Grant

Institución de acogida

TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN
Aportación neta de la UEn
€ 1 642 500,00
Dirección
Arcisstrasse 21
80333 Muenchen
Alemania

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Región
Bayern Oberbayern München, Kreisfreie Stadt
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 642 500,00

Beneficiarios (1)