Authors:	Weinsheimer, Christoph
Title:	Light-Shining-through-a-Wall : searching for Axion-Like Particles with the OSQAR and ALPS II experiment
Online publication date:	22-Feb-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	The existence of Axion-Like Particles (ALPs) is predicted by many extensions the Standard Model of particle physics. Depending on their particular properties, these particles might contribute to several so far unresolved questions of physics, such as the nature of dark matter or the anomalous cooling processes observed in stellar systems. Being both very weakly interacting and ultra light, ALPs might have evaded experimental observation so far. This thesis describes the search for ALPs with the OSQAR and ALPS II experiment, both implementing the Light-Shining-through-a-Wall technique allowing for a generic model independent search probing a large range of the ALP parameter space. As a result, no evidence of ALPs has been observed with the OSQAR experiment, hence the following exclusion limits on the ALP-photon coupling were derived g_{aγγ} < 3.2*10^{-8}/GeV and g_{aγγ} < 3.5*10^{-8}/GeV for scalar and pseudoscalar ALPs of masses below 2*10^{-4} eV. These limits represent the most the stringent laboratory based constraints today. Further this work presents the contributions to the ALPS II experiment being currently commissioned. This includes the development of an efficient optical coupling of the detector to the experiment, a performant data acquisition and control system, and finally an extensible data analysis and simulation framework. Die Existenz Axion-ähnlicher Teilchen (ALPs) wird von zahlreichen Erweiterungen des Standard Modells der Teilchenphysik vorhergesagt. Abhängig von den exakten Eigenschaften dieser Teilchen, können sie dazu beitragen bisher ungelöste Fragen der Physik zu beantworten, wie etwa die des Wesens Dunkler Materie oder den ungeklärten Kühlungsmechanismen stellarer Systeme. Aufgrund ihrer sehr seltenen Interaktion und ihrer geringen Masse könnten sich ALPs bisher der experimentellen Beobachtung entzogen haben. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Suche nach ALPs mit dem OSQAR und ALPS II Experiment, die beide mithilfe des Light-Shining-through-a-Wall Prinzips eine Modell unabhängige Suche nach ALPs ermöglichen und dabei große Bereiche des Parameter-Raumes untersuchen können. Als Ergebnis konnten keine Hinweise auf ALPs mit den OSQAR Experiment beobachtet werden, weshalb entsprechende Ausschlussgrenzen auf die ALP-Photon Kopplungskonstante g_{aγγ} < 3.2*10^{-8}/GeV und g_{aγγ} < 3.5*10^{-8}/GeV für skalare bzw. pseudoskalare ALPs mit Massen kleiner als 2*10^{-4} eV abgeleitet wurden. Dieses Ergebnis stellt zur Zeit die stärksten Ausschlussgrenzen laborbasierter ALP-Suchen dar. Darüberhinaus präsentiert diese Arbeit die Beiträge zum ALPS II Experiment, welches sich derzeit im Aufbau befindet. Dazu gehört die Entwicklung einer effizienten optischen Schnittstelle zwischen Detektor und Experiment, eines performanten Datennahme- und Kontroll-Systems, sowie die Implementierung von Analyse und Simulations-Software.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2629
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000019122
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	X, 134, 2 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen