Forschungszentrum Karlsruhe - Wissenschaftliche Berichte – FZKA 7090

KATRIN Design Report 2004

KATRIN Collaboration

Abstract
After the KATRIN Letter of Intent in 2001 and the Addendum to the LoI in 2002, this Design Report 2004 gives a detailed overview of the KATRIN experiment in its phase of building and testing of the first components. We critically assess the actual status in neutrino physics with respect to direct and indirect searches on the neutrino mass in particle physics and cosmology and the impact by KATRIN. The physical parameters as well as the schemes for the technical realization of the central experimental components and their status are reported. Having optimized the experimental configuration compared to the LoI, we anticipate a KATRIN sensitivity on the neutrino mass of m(ve) = 0.2 eV (90% C.L.) corresponding to a 5 σ discovery potential for m(ve) = 0.35 eV, based on a detailed

assessment of systematic and statistical uncertainties.

KATRIN Design Report 2004

Zusammenfassung
Nach dem KATRIN Letter of Intent (LoI) von 2001 und dem Addendum zum LoI von 2002 gibt dieser Design Report 2004 einen detaillierten Überblick über das KATRIN Experiment in seiner Aufbauphase inklusive der Testmessungen erster Komponenten. Im ersten Teil wird der aktuelle Status der Neutrinophysik mit Hinblick auf direkte und indirekte Suchen nach der Neutrinomasse kritisch dargelegt. Die Auswirkungen des KATRIN Experiments werden beschrieben und mit den Erkenntnissen aus kosmologischen und teilchenphysikalischen Experimenten verglichen.

In diesem Bericht werden weiterhin die wesentlichen physikalischen Anforderungen an das KATRIN Experiment wie auch die technischen Realisierungen vorgestellt. Im Vergleich zum LoI konnte eine wesentliche Steigerung der KATRIN Sensitivität auf die Neutrinomasse erzielt werden. Diese erreicht nun einen Wert von m(ve) = 0.2 eV (90% C.L.), was einem Entdeckungspotenzial von 5 σ für eine Masse von m(ve) = 0:35 eV entspricht. Diese optimierten Erwartungswerte ergeben sich aus detaillierten Analysen der zu erwartenden systematischen und statistischen Unsicherheiten.

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