Kurzfassung
In den letzten Jahren haben unsegmentierte Flüssigszintillator-Detektoren bewiesen, dass sie gut geeignet für Neutrinophysik sind. Diese Art von Detektor untersucht hauptsächlich niedrigenergetische Neutrino Interaktionen im MeV-Bereich. Ein Beispiel dafür ist der Jiangmen Un-derground Neutrino Observatory (JUNO) Detektor, welcher momentan gebaut wird und dessen Datennahme in 2021 beginnt. Er wird mit 20kt Flüssigszitillator gefüllt sein und Reaktor-Elektron-Antineutrinos messen. Diese gehen von zwei Kernkraftwerken aus, welche jeweils ∼53 km vom Detektor entfernt sind. Ihr Signal ist wichtig für die Bestimmung der Neutrinomassenordnung. Außerdem wird JUNO die solaren Oszillationsparameter θ12 und ∆m^2_21 mit nie zuvor da gewesener Präzision messen. Dafür ist eine exzellent Energieauflösung und eine effektive Hintergrundunterdrückung wichtig. Ein Haupthintergrundsignal geht von den Isotopen 9Li and 8He aus, welche während schauernden Muonen erzeugt werden. Deswegen ist es essenziell eine akkura-te Muonrekonstruction zu entwickeln, die auch Energiedeposititionen entlang der Muonspuren bestimmen kann.
Während dieser Arbeit wurde eine Konsmogenen-Simulation entwichelt, welche benutzt wurde um stringenter Muonvetos zu evaluieren. Damit wurde die räumliche Verteilung der Isotope 9Li und 8He studiert. Dabei ist herausgekommen, dass bis zu 12.8% mehr totales aktives Volumen in JUNO erreicht werden kann. Dies wurde durch das Testen verschiedener Vetoansätze ermittelt und setzt die Möglichkeit der Schauererkennung voraus. Daher ist es wichtig Reconstruktionsansätze zu finden, welche dieses können.
Während dieser Arbeit wurde die Topological Track Reconstruction (TTR) weiter entwickelt. Sie bietet die Möglickeit Schauer entlang der Muonspuren zu identifizieren, ist jedoch nicht schnell genug um sie während der Messung anzuwenden. Von daher wurde ein zweiter Ansatz entwickelt. Die Quadratic Reconstruction (QR) benutzt ein Konzept, welches vergleichbar mitder TTR ist. Sie ist jedoch wesentlich schneller, weil sie nur entlang der Muonspur angewendet wird. Mit der QR ist es möglich Schauerpositionen mit einer Genauigkeit von σ=35cm zufinden. Diese gelingt für mehr als 80% der Schauer, wenn diese mehr als 400MeV deponieren. Mit den getesteten Vetostrategien ist es vermutlich möglich 10% mehr Signal in JUNO zu messen. Desweiteren, können diese Rekonstruktionsstrategien auch für andere unsegentierte Flüssigszintillator-Detektoren benutzt werden, was zur Verbesserung derer Vetostrategien benutzt werden kann.
In recent years unsegmented liquid scintillator detectors have demonstrated to be an excellent tool for neutrino physics. Typically, these detector types investigate low energy neutrino interactions, in the MeV range. An example for this is the Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO) detector, which is currently under construction and will start taking data in 2021. It will be filled with 20kt liquid scintillator and measure reactor electron anti-neutrinos from two nuclear power plants that each are ∼53km away from the detector. Their signal is of importance for the determination of the neutrino mass ordering. Additionally, JUNO will determine the solar oscillation parameters θ_12 and ∆m^2_21 with unprecedented precision. To achieve this an excellent energy resolution and an effective background reduction is of the essence. A main background are the isotope 9Li and 8He, which are constantly generated during showering muon events. Therefore, an accurate muon reconstruction and the determination of energy deposition along muon tracks is essential. During this thesis, a cosmogenic simulation was developed to evaluate the impact of more rigorous muon veto strategies. With it the spatial distribution of the isotopes 9Li and 8He was explored. By testing different veto approaches which do assume shower detectability, it could be determined that up to 12.8% more total active volume is deemed to be reachable for JUNO. This prompts the development of reconstruction methods that can determine shower positions. The Topological Track Reconstruction (TTR) is one approach that has been further developed as part of this work. It has the option of determining shower positions along muon tracks, but is not fast enough to be used during live measurement. Hence, a second topological reconstruction approach was developed. The Quadratic Reconstruction (QR) uses a similar concept as the TTR, but is much faster, because it is only executed along a muon track instead of the whole detector. With this, it is possible to determine shower positions with an accuracy of σ=35cm for more than 80% of showers, which deposit more than 400MeV. With the explored veto strategies, it is probably possible to measure 10% more signal in JUNO. Additionally, there reconstruction approaches can also be adapted by other unsegmented liquid scintillator detector experiments to improve their veto strategies.