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Experimentelle Inbetriebnahme der ADAMOS HF Kette (BSc)

Eine umfassende experimentelle Leistungscharakterisierung, einschließlich Q-Faktor Messungen, Kopplungsoptimierung und Analyse des Rauschpegels der ADAMOS Verstärkerkette. Zu den Aufgaben gehören die Prüfung der Verstärkung und der Dämpfung von Richtkopplern und Verstärkern sowie die Quantifizierung der Stabilität der Resonanzfrequenz gegenüber mechanischen Schwingungen und thermischen Driften. Diese Arbeit stellt sicher, dass die ADAMOS Hardware für die hochpräzise Axion Detektion optimiert ist.

Automatisierung der Steuerung und Kalibrierung der Infrastruktur (BSc/MSc)

Entwurf eines mehrstufigen Python- (oder C-) basierten Frameworks zur Steuerung von Laborgeräten, darunter VNA, Signalgeneratoren und mechanische Schalter. Die Entwicklung von Routinen zur kontinuierlichen Kalibrierung ist für die täglichen Modulationssuchen erforderlich, wobei der Schwerpunkt auf der Reduzierung der experimentellen Totzeit bei gleichzeitiger Steigerung der Effizienz bei Datenerfassung und Kalibrierung liegt. Dieses System wird die wesentliche Infrastruktur für zuverlässige, unbeaufsichtigte Hohlraum Dark Matter Suchen bereitstellen.

Datenverarbeitung, Analyse und Simulationen für die Suche nach Dunkler Materie (MSc)

Entwurf und Implementierung leistungsfähiger C-basierter Algorithmen für die Signalanalyse im Zeit- und Frequenzbereich im Rahmen des ADAMOS Experiments. Monte-Carlo Simulationen und kontrollierte Signaleinspeisung werden eingesetzt, um die Empfindlichkeit zu validieren und potenzielle Signale von Dunkler Materie von Umgebungsrauschen zu unterscheiden. Dieses Projekt wird die zentralen wissenschaftlichen Ziele des ADAMOS Experiments unterstützen.

Numerische Integration des durch Gravitationswellen induzierten Magnetflusses (BSc)

Berechnung der durch hochfrequente Gravitationswellen in Pickup Schleifen erzeugten Magnetflüsse unter Verwendung numerischer Integrationsmethoden für die Polarisationen + und x. Das Projekt deckt beliebige Einfallsrichtungen ab und nutzt dreidimensionale Visualisierungen, um die theoretische Empfindlichkeit verschiedener Schleifenausrichtungen zu bestimmen. Diese Arbeit schafft die mathematische Grundlage für die Vorhersage der Signalstärke im GravMAGA Experiment.

Rauschunterdrückung und Optimierung der Auslesekette (BSc)

Identifizierung und Unterdrückung von EMI/EMC Störungen innerhalb der Detektor Auslesekette durch die Implementierung fortschrittlicher Abschirmungs-, Erdungs- und Filterstrategien. Das Projekt konzentriert sich auf die experimentelle Charakterisierung einzelner Rauschanteile, um den Rauschpegel des Detektors zu senken. Diese Arbeit ist entscheidend für die Verbesserung des Gesamt-Signal-Rausch-Verhältnisses und die Gewährleistung der Stabilität hochsensibler Messungen im Frequenzbereich von 100 kHz bis 20 MHz.

Implementierung eines resonanten Auslesesystems mit Impedanzanpassung (MSc)

Umrüstung des Detektorauslesesystems auf eine resonante Konfiguration durch den Entwurf von LC-Schaltungen, die auf die Abtastschleife und den Zielfrequenzbereich abgestimmt sind. Das Projekt umfasst den gesamten Entwicklungszyklus, vom anfänglichen Schaltungsentwurf und der Strategie zur Impedanzanpassung bis hin zur physikalischen Integration und Erprobung im Detektor. Zu den Aufgaben gehören experimentelle Messungen zur Überprüfung der Resonanzeigenschaften und zur Quantifizierung der durch den abgestimmten Schwingkreis erzielten Empfindlichkeitssteigerung.

Optische Modellierung und Sensitivitätsanalyse für das WINTER Experiment (BSc)

Entwickle mithilfe optischer Simulationswerkzeuge ein umfassendes Modell des WINTER-Interferometers, um den Einfluss einzelner Komponenten auf das Gesamtsignal zu charakterisieren. Du wirst die gesamte experimentelle Kette einschließlich des Hochfinesse-Resonators, der Modulatoren und der Strahlteiler implementieren, um Kontrast, Verlustmechanismen und Rauschbudgets zu bewerten. Dieses Rahmenwerk wird genutzt, um den Prototypenaufbau zu optimieren und die experimentelle Reichweite für zukünftige Integrationen von Hochfeldmagneten zu prognostizieren.

Interferometrische Phasenverriegelung und Polarisationsmodulation (BSc/MSc)

Entwirf und justiere ein bei einer festen Wellenlänge betriebenes Freiraum-Mach-Zehnder Interferometer mit aktiver Phasenverriegelung am dunklen Streifen. Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Implementierung eines auf einer Pockels-Zelle basierenden Polarisationsmodulationsschemas, um das axionempfindliche optische Feld von instrumentellem Rauschen zu isolieren. Zu den Aufgaben gehören die Entwicklung von Routinen zur Signaldemodulation sowie die Überprüfung der Systemleistung anhand von Interferenzkontrast, Polarisationsdriften und Modulationstiefe.

Einstellung und Stabilisierung eines Fabry-Pérot Resonators mit hoher Finesse (MSc)

Entwicklung und Implementierung eines Stabilisierungssystems für einen vakuumgekapselten Fabry-Pérot Resonator, der in ein Mach-Zehnder Interferometer integriert ist. Das Projekt umfasst die Auslegung von PID-Regelkreisen zur Ansteuerung piezogesteuerter Spiegel und Verschiebetische, um sicherzustellen, dass der Resonator während Langzeitmessungen in Resonanz bleibt. Die Finesse und Linienbreite des Resonators sowie das Rauschverhalten werden zudem unter Vakuum- und Magnetfeldbedingungen charakterisiert, um die zirkulierende optische Leistung und die Empfindlichkeit gegenüber der durch Axionen induzierten Photonenkonversion zu optimieren.

Automatisiertes Steuerungs- und Auslesesystem für ein Bolometer auf Graphenbasis (BSc)

Entwicklung eines Python basierten Frameworks für die automatisierte Charakterisierung und das Auslesen des Graphen-Josephson-Junction Bolometers (GJJ). Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Implementierung von Routinen zur Messung von IV-Kurven, zur Ermittlung der Rauschäquivalentleistung (NEP) und zur Durchführung von Quasi-Reflektometrie zur Verfolgung der Resonanzfrequenz des Bolometers. Sie werden diese Routinen in ein einheitliches Steuerungssystem integrieren, um stabile, lang andauernde Durchläufe zur Suche nach dunkler Materie bei Temperaturen im mK-Bereich zu gewährleisten.

Implementierung einer rauscharmen kryogenen Ausleseschaltung (BSc/MSc)

Entwurf und Test der kryogenen Mikrowellenschaltungen, die für die Anbindung des Graphen-Josephson-Junction Bolometers an rauscharme Verstärkerstufen erforderlich sind. Dieses Projekt umfasst die Auswahl und Charakterisierung von kryogenen Dämpfungsgliedern, Zirkulatoren und HEMT-Verstärkern sowie die Optimierung ihrer thermischen Verankerung, um die Systemrauschtemperatur (T_sys) zu minimieren, wobei auch eine vollständige Charakterisierung der thermischen Belastung des ADR erfolgt. Verstärkungs- und Rauschzahlmessungen werden bei 100 mK durchgeführt, um sicherzustellen, dass die Ausleseelektronik den NEP des Graphen Sensors nicht begrenzt.

Entwurf und Kalibrierung eines Mikrowellenresonators für die Suche nach dunklen Photonen (MSc)

Entwirf, fertige und kalibriere einen hochqualitativen Mikrowellenresonator aus Kupfer, der auf die feste Resonanzfrequenz des Graphen-Bolometers (∼ 8,7 GHz) abgestimmt ist. Das Projekt umfasst die Integration des Resonators in eine bestehende ADR-Umgebung (Adiabatic Demagnetization Refrigerator) sowie die Durchführung von Messungen zur Suche nach dunklen Photonen. Zu den Aufgaben gehören die Charakterisierung der elektromagnetischen Moden des Resonators und die Optimierung der Kopplung an das Bolometer, um die Detektionseffizienz zu maximieren.

Automatisierung und Zweifrequenzsteuerung für die Signalmodulation (BSc)

Entwicklung automatisierter Systeme zur Stabilisierung des Mach-Zehnder Interferometers unter Einbindung eines optischen Schalters, der zwischen zwei Laserwellenlängen (z. B. 1535 nm und 1570 nm) umschaltet. Diese Konfiguration ermöglicht eine synchrone Axion Signalmodulation bei 100 kHz, um potenzielle axioninduzierte Effekte vom Hintergrundrauschen zu isolieren, ohne auf Magnetfeldumschaltungen angewiesen zu sein. Zu den Aufgaben gehören die Entwicklung von Rückkopplungsroutinen für den Amplitudenausgleich und die Implementierung einer mechanischen Faserausrichtung, um langfristige Stabilität und hochsensible Suchvorgänge zu gewährleisten.

Numerische Simulationen und Sensitivitätsprognosen für WISPFI (BSc)

Entwicklung von COMSOL Simulationen und numerischen Modellen zur Charakterisierung des effektiven Modenindex von HC-PCF bei variierenden Umgebungsparametern. Das Projekt umfasst die Entwicklung einer Kalibrierstrategie unter Verwendung dichroitischer Elemente zur Nachbildung von durch Axionen verursachten Amplitudenänderungen. Diese Berechnungswerkzeuge dienen dazu, die experimentelle Empfindlichkeit und die Abdeckung des Massenbereichs unter verschiedenen Magnetfeldern, Wellenlängen und Rauschpegeln zu prognostizieren.

Charakterisierung des Modenindexes von Fasern mittels gepulster Laser (BSc/MSc)

Durchführung von Laufzeitmessungen mit einem gepulsten Laser zur Bestimmung des Gruppenindex und des effektiven Phasenindex (n_eff) der Hohlkernfaser. Die Faserdispersion wird sorgfältig charakterisiert, um die Messungen der Gruppenverzögerung genau mit der für die Axion-Photon Konversion erforderlichen Phasenanpassungsbedingung zu korrelieren. Diese experimentelle Kalibrierung ist für die Definition der genauen Massenskala des WISPFI-Experiments unerlässlich.

Experimentelle Entwicklung einer Hochdruck-Abstimmkammer (MSc)

Entwurf und Bau eines Druckbeaufschlagungssystems unter Verwendung von CO₂ oder Methan zur Steuerung des effektiven Brechungsindexes der HC-PCF, um eine systematische Axion-Massensuche im Bereich von etwa 10–150 meV zu ermöglichen. Ein weiterer Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Erzielung der erforderlichen Druckstabilität und der Realisierung einer zuverlässigen Ausrichtung zwischen Freiraum und Faser über die Schnittstellen der Gaskammern. Diese Hardware wird den Übergang vom Prototyp mit fester Masse zu einer kontinuierlichen, breitbandigen Axion-/ALP-Suche ermöglichen.

Echtzeit-Signalverarbeitung für transiente DM-Ereignisse (BSc/MSc)

Implementierung von C-basierten Algorithmen zur Echtzeit Erkennung transiente Dunkle Materie Ereignisse durch gleichzeitige Zeit- und Frequenzbereichsanalyse. Die Pipeline wird eine automatisierte Kalibrierung der Veto-Kanäle sowie Monte-Carlo Simulationen integrieren, um potenzielle astrophysikalische Signale von terrestrischen EMI/EMC-Störsignalen zu unterscheiden. Dieses Framework bietet die erforderliche Software-Infrastruktur zur Identifizierung unkonventioneller Signaturen von Dunkler Materie.

Entwurf und Charakterisierung eines Pickup-Loop Systems für den 14 T Magneten (BSc/MSc)

Es werden Simulationen und Sensitivitätsberechnungen durchgeführt, um die Geometrie einer großvolumigen Pickup-Schleife für den Betrieb in einem 14 T Solenoidmagneten zu optimieren. Der optimierte Entwurf wird umgesetzt und hinsichtlich induktiver Kopplung und Frequenzgang experimentell charakterisiert. Diese Arbeit ist unerlässlich, um die experimentelle Empfindlichkeit durch Nutzung des erhöhten magnetischen Volumens und der erhöhten Feldstärke des 14 T Magneten zu maximieren.

Entwurf und kryogene Charakterisierung eines abstimmbaren Kondensators mit hohem Q-Faktor (MSc)

Entwicklung eines kryogenkompatiblen abstimmbaren Kondensators für resonante LC-Messungen mit Schwerpunkt auf einem für den Betrieb bei 4 K optimierten mechanischen Abstimmmechanismus. Zu den Aufgaben gehören die HF-Charakterisierung zur Erreichung von Q ≈ 10⁴ bei 1–25 MHz, Verlust- und Stabilitätsanalysen sowie die Validierung der Reproduzierbarkeit der Abstimmung. Diese Hardware-Aufrüstung ist unerlässlich, um die LC-Resonanzfrequenz während der bevorstehenden physikalischen Experimente an die Zielmasse des Axions anzupassen.