Measurements with a TRISTAN prototype detector system at the “Troitsk nu-mass” experiment in integral and differential mode - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Article Dans Une Revue JINST Année : 2019

Measurements with a TRISTAN prototype detector system at the “Troitsk nu-mass” experiment in integral and differential mode

Tim Brunst
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Thibaut Houdy
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Susanne Mertens
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Aleksander Nozik
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Vladislav Pantuev
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Djohnrid Abdurashitov
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Konrad Altenmüller
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Alexander Belesev
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Vasiliy Chernov
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Evgeniy Geraskin
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Anton Huber
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Nikolay Ionov
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Gregory Koroteev
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Marc Korzeczek
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Peter Lechner
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Nikolay Likhovid
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Alexey Lokhov
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Vladimir Parfenov
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Daniel Siegmann
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Aino Skasyrskaya
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Martin Slezák
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Igor Tkachev
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Sergey Zadorozhny
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Luca Bombelli
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Résumé

Sterile neutrinos emerge in minimal extensions of the Standard Model which can solve a number of open questions in astroparticle physics. For example, sterile neutrinos in the keV-mass range are viable dark matter candidates. Their existence would lead to a kink-like distortion in the tritium β-decay spectrum. In this work we report about the instrumentation of the Troitsk nu-mass experiment with a 7-pixel TRISTAN prototype detector and measurements in both differential and integral mode. The combination of the two modes is a key requirement for a precise sterile neutrino search, as both methods are prone to largely different systematic uncertainties. Thanks to the excellent performance of the TRISTAN detector at high rates, a sterile neutrino search up to masses of about 6 keV could be performed, which enlarges the previous accessible mass range by a factor of 3. Upper limits on the neutrino mixing amplitude in the mass range < 5.6 keV (differential) and < 6.6 keV (integral) are presented. These results demonstrate the feasibility of a sterile neutrino search as planned in the upgrade of the KATRIN experiment with the final TRISTAN detector and read-out system.

Dates et versions

hal-02317271 , version 1 (15-10-2019)

Identifiants

Citer

Tim Brunst, Thibaut Houdy, Susanne Mertens, Aleksander Nozik, Vladislav Pantuev, et al.. Measurements with a TRISTAN prototype detector system at the “Troitsk nu-mass” experiment in integral and differential mode. JINST, 2019, 14 (11), pp.P11013. ⟨10.1088/1748-0221/14/11/P11013⟩. ⟨hal-02317271⟩

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