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Optimum filter-based analysis for the characterization of a high-resolution magnetic microcalorimeter

Toschi, Francesco 1; Maier, Benedikt 2; Heine, Greta 2; Ferber, Torben 2; Kempf, Sebastian 3,4; Klute, Markus 2; von Krosigk, Belina 1
1 Institut für Astroteilchenphysik (IAP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Prozessdatenverarbeitung und Elektronik (IPE), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Institut für Mikro- und Nanoelektronische Systeme (IMS), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Ultrasensitive cryogenic calorimeters have become a favored technology with widespread application where eV-scale energy resolutions are needed. In this article, we characterize the performance of an x-ray magnetic microcalorimeter (MMC) using a $^{55}Fe$ source. Employing an optimum filter-based amplitude estimation and energy reconstruction, we demonstrate that a full-width half-maximum (FWHM) resolution of$ ΔE_{FWHM}=(1.25±0.17(stat)^{+0.05}_{−0.07}(syst))  eV$ can be achieved, leading to an unprecedented energy resolving power $E/ΔE_{FWHM}∼4700$ among existing energy-dispersive detectors for soft and tender x-rays. We also derive the best possible resolution and discuss limiting factors affecting the measurement. The analysis pipeline for the MMC data developed in this paper is furthermore an important step for the realization of the proposed superfluid helium-based experiment DELight, which will search for direct interaction of dark matter particles with masses below $100  MeV/c^2$.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000169083
Veröffentlicht am 07.03.2024
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Institut für Astroteilchenphysik (IAP)
Institut für Experimentelle Teilchenphysik (ETP)
Institut für Mikro- und Nanoelektronische Systeme (IMS)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 02.2024
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2470-0010, 2470-0029
KITopen-ID: 1000169083
HGF-Programm 51.13.01 (POF IV, LK 01) Neutrinophysik und Dunkle Materie
Erschienen in Physical Review D
Verlag American Physical Society (APS)
Band 109
Heft 4
Seiten Art.-Nr.: 043035
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch SCOAP3
Vorab online veröffentlicht am 20.02.2024
Nachgewiesen in arXiv
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