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Dunkle Materie Gruppe: Bachelorarbeiten

für weitere Informationen wenden Sie sich auch direkt an klaus.eitel∂kit.edu

 

Bachelor-Arbeiten (Stand Januar 2019):

 

  • Modellierung von Kern-Rückstoß-Signalen durch WIMP-Streuung in kristallinen Detektoren
Manifestiert sich dunkle Materie (DM) in Form schwerer, schwach wechselrikender Teilchen, sogenannter WIMPs (weakly interacting massive particles), so erwartet man seltene Stoßprozesse von WIMPs an Atomkernen. Die gestoßenen Kerne erhalten dabei typischerweise Energien von wenigen keV. Im Falle kristalliner Detektoren (z.B. Germanium-Halbleiterkristalle) bewegen sich die Ge-Ionen wenige Nanometer. Dabei ionisieren sie ihre Umgebung und führen so zu einem messbaren Ionisationssignal.

In dieser Arbeit modellieren Sie mithilfe des GEANT4-Programmpakets auf mikroskopischer Ebene die Prozesse, die bei WIMP-Stößen an Atomkernen entstehen. Dazu gehören der Energieübertrag vom WIMP auf verschiedene Atomkerne, deren Rückstoß im entsprechenden Material und Parameter wie Wechselwirkungsprozesse, Tracklänge, Winkelverteilung und Produktion sekundärer Teilchen.

Ziel der Arbeit ist, ein besseres Verständnis für die mikroskopische Beschreibung der WIMP-Kern-Streuung in Festkörpern zu erhalten und daraus optimierte Strategien zur Suche nach DM zu erarbeiten. Die Analyse basiert sowohl auf existierenden Programmpaketen als auch auf neu zu erstellender Software, vorzugsweise in Python und/oder in ROOT/C++.

 

Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Grundkenntnisse in Python und ROOT sind hilfreich. Außerdem wird die Bereitschaft zur intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema erwartet und Freude, sich in ein modernes, spannendes und für Sie neues Wissenschaftsfeld einzuarbeiten.

 

  • Charakterisierung des Untergrunds durch Alpha-Strahlung in Paleo-Detektoren zur Suche nach Dunkler Materie
Paleo-Detektoren sind Kristalle in unterirdischen Lagerstätten, die für Milllionen von Jahren dem Fluss Dunkler Materie ausgesetzt sind. Wechselwirkt ein DM WIMP in einem solchen Kristall, so führt das zu einem messbaren Kristalldefekt. Solche Kristalldefekte entstehen aber auch durch radioaktive Strahlung, insbesondere durch alpha-Teilchen, die sich in Spuren von Uran und Thorium in den Kristallen befinden können.
In dieser Arbeit modellieren Sie mithilfe des GEANT4-Programmpakets die Topologie solcher Alpha-Zerfälle. Dabei untersuchen Sie neben der Topologie eines Zerfalls (Tracklänge von Kernen des Kristalls) auch mögliche Kristalldefekte, wie sie sich aus der ganzen Uran- oder Thorium-Zerfallskette ergeben.

Ziel der Arbeit ist, Untergrundereignisse durch Alpha-Strahlung besser zu verstehen und letztendlich von potenziellen WIMP-Signaturen unterscheiden zu können.

 

Grundkenntnisse in der Programmiersprache C++ sind Voraussetzung, Grundkenntnisse in Python und ROOT sind hilfreich. Außerdem wird die Bereitschaft zur intensiven Auseinandersetzung mit dem Thema erwartet und Freude, sich in ein modernes, spannendes und für Sie neues Wissenschaftsfeld einzuarbeiten.