Search for relativistic magnetic monopoles with the AMANDA-II detector

Wissing, Henrike; Wiebusch, Christopher

doi:2958

Search for relativistic magnetic monopoles with the AMANDA-II detector = Suche nach relativistischen magnetischen Monopolen mit dem AMANDA-II Detektor

Wissing, Henrike (Author)

2009

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Henrike Wissing

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2009

UmfangX, 157 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2009

Zsfassung in dt. u. engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Wiebusch, Christopher (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2009-02-25

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-29581
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/51288/files/Wissing_Henrike.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Magnetischer Monopol (Genormte SW) ; Hypothetisches Teilchen (Genormte SW) ; AMANDA <Teilchendetektor> (Genormte SW) ; Physik (frei) ; magnetische Monopole (frei) ; relativistisch (frei) ; Flussgrenze (frei) ; Neutrinoteleskop (frei) ; AMANDA (frei) ; magnetic monopoles (frei) ; relativistic (frei) ; flux limit (frei) ; neutrino telescope (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
Die elektromagnetische Wechselwirkung hypothetischer magnetisch geladener Teilchen (magnetischer Monopole) wäre aus Symmetriegründen der Wechselwirkung elektrisch geladener Teilchen sehr ähnlich, zeichnete sich jedoch durch eine erheblich größere Kopplungskonstante aus. Daher überträfe die Intesität der Cherenkovstrahlung eines relativistischen Monopols die eines elektrisch geladenen Teilchens gleicher Geschwindigkeit um mehrere Größenordnungen. Relativistische magnetische Monopole könnten anhand ihres Cherenkovlichts mit dem "Antarctic Muon And Neutrino Detection Array" (AMANDA) einem Neutrinoteleskop, das in der antarktischen Eiskappe in unmittelbarer Nähe des geographischen Pols installiert ist, nachgewiesen werden. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Suche nach Cherenkov-Signaturen magnetischer Monopole in den im Jahr 2000 mit AMANDA aufgezeichnet Daten. Es wird kein Signal über dem zu erwartenden Untergrund atmosphärischer Myonen beobachtet. Unter Berücksichtigung systematischer und statistischer Fehler in den Signal- und Untergrunderwartungen werden, abhänging von der Monopolgeschwindigkeit, obere Flussgrenzen bestimmt. Bei einem 90% Konfidenzniveau liegen die Flussgrenzen für Monopole, die den Detektor aus Richtungen unterhalb des Horizonts erreichen, zwischen 3.8 x 10^-17 cm^-2s^-1sr^-1 (v=c, c = Vakuumlichtgeschwindigkeit) und 8.8 x 10^-16 cm^-2s^-1sr^-1 (v=0.76c). Diese Flussgrenzen sind für Monopole mit Massen oberhalb von 10^11GeV uneingeschränkt gültig und sind die besten momentan vorliegenden experimentellen Grenzen. Die Flussgrenzen für Monopole, die den Detektor aus Richtungen oberhalb des Horizonts erreichen, liegen etwa eine Größenordung höher, gelten jedoch für auch leichtere Monopole mit Massen ab 10^8 GeV.

Cherenkov emissions of magnetically charged particles passing through a transparent medium will exceed those of electrically charged particles by several orders of magnitude. The Antarctic Muon And Neutrino Detector Array (AMANDA), a neutrino telescope utilizing the glacial ice at the geographic South Pole as Cherenkov medium, is capable of efficiently detecting relativistic magnetic monopoles that may pass through its sensitive volume. This thesis presents the search for Cherenkov signatures from relativistic magnetic monopoles in data taken with AMANDA during the 2000. No such signal is observed in the data, and the analysis allows to place upper limits on the flux of relativistic magnetic monopoles. The limit obtained for monopoles reaching the detector from below the horizon, i.e., those monopoles that are capable of crossing the Earth, is the most stringent experimental constraint on the flux of magnetic monopoles to date: Dependent on the monopole speed, the flux limit (at 90% confidence level) varies between 3.8 x 10^-17 cm^-2s^-1sr^-1 (for monopoles moving at the vacuum speed of light) and 8.8 x 10^-16cm^-2s^-1 sr^-1 (for monopoles moving at a speed just above the Cherenkov threshold). The limit obtained for monopoles reaching the detector from above the horizon is less stringent by roughly an order of magnitude, owing to the much larger background from down-going atmospheric muons. This looser limit is valid for a larger class of magnetic monopoles, since the monopole's capability to pass through the Earth is not a requirement.

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