Analysis tools and methods for tritium data taking with the KATRIN experiment

Das KArlsruhe TRItium Neutrino (KATRIN) Experiment ist konstruiert, um die Neutrinomasse mit einer bisher unerreichten Sensitivität von 200 meV (90 % C.L.) zu bestimmen. Dafür kombiniert KATRIN eine starke gasförmige Tritiumquelle mit einem hochauflösendem MAC-E-Filter-Spektrometer. Seit der Fertigstellung des experimentellen Aufbaus im Herbst 2016 hat das KATRIN-Experiment mehrere zentrale Meilensteine erreicht. In der vorliegenden Arbeit wird ein Gasmodell für den letzten dieser Meilensteine - die erste Tritium-Zirkulation in der Tritium-Quelle im Mai und Juni 2018 - vorgestellt, und mit unterschiedlichen Messmethoden verglichen. ... mehrMit Hilfe des Gasmodells werden die ersten Tritiumspektren analysiert, wobei verschiedene Methoden zur Berücksichtigung von Systematiken am Beispiel des Gasmodells untersucht werden. Vorbereitend auf die kommenden Neutrinomassendaten werden in dieser Arbeit Methoden für eine blinde Neutrinomassenanalyse von $\beta$-Zerfall-basierten Tritiumspektren vorgestellt, miteinander verglichen, und an Hand von Kryptondaten getestet. Die Arbeit schließt mit einem Ausblick auf das Potential von KATRIN, Physik jenseits der Neutrinomasse zu untersuchen. Für drei Beispiele wird exemplarisch die statistische Sensitivität von KATRIN bestimmt und mit bestehenden experimentellen Erkenntnissen verglichen.

The KArlsruhe TRItium Neutrino (KATRIN) experiment is targeted to determine the neutrino mass with an unprecedented sensitivity of 200 meV (90 % C.L.). To this end, KATRIN employs an intense gaseous tritium source combined with a precision retardation spectrometer of MAC-E-filter type. Since the completion of the KATRIN beamline in the fall of 2016, several pivotal milestones towards the start of neutrino-mass measurements have been achieved. In the thesis at hand, a tritium source gas model for the latest one among these milestones, the First Tritium campaign in May and June 2018, is developed and validated by several measures. ... mehrThis gas model is used for the analysis of the first KATRIN tritium spectra, including various approaches to account for gas model related systematic effects. Strategies for performing a blind neutrino mass analysis of the upcoming KATRIN neutrino mass data are developed, subject to a critical comparison, and tested on krypton commissioning data. Besides its main goal of neutrino mass search, KATRIN offers the potential to probe physics beyond the neutrino mass. For three example cases, the statistical sensitivity is evaluated and compared to existing limits.