Technical design of the phase I Mu3e experiment

The Mu3e experiment aims to find or exclude the lepton flavour violating decay $\mu \rightarrow eee$ at branching fractions above $10^{-16}$. A first phase of the experiment using an existing beamline at the Paul Scherrer Institute (PSI) is designed to reach a single event sensitivity of $2\cdot 10^{-15}$. We present an overview of all aspects of the technical design and expected performance of the phase~I Mu3e detector. The high rate of up to $10^{8}$ muon decays per second and the low momenta of the decay electrons and positrons pose a unique set of challenges, which we tackle using an ultra thin tracking detector based on high-voltage monolithic active pixel sensors combined with scintillating fibres and tiles for precise timing measurements.Comment: 114 pages, 185 figures. Submitted to Nuclear Instruments and Methods A. Edited by Frank Meier Aeschbacher This version has many enhancements for better readability and more detail

Status of the Mu3e Experiment at PSI

The Mu3e experiment aims to search for the lepton-flavour violating decay $\mu^+\rightarrow\ \text{e}^+ \text{e}^+ \text{e}^-$ with a sensitivity to one signal decay in $10^{16}$ muon decays at a muon stopping rate of $2\times 10^9 \frac{\mu}{\text{s}}$. With currently available rates of $10^8 \frac{\mu}{\text{s}}$, a sensitivity on the branching ratio of $10^{-15}$ is the aim of the first phase. This will allow for tests of new physics models with enhanced branching ratios for lepton-flavour violating processes with an unprecedented precision. The experiment must be operated at very high muon rates all the while suppressing the background of the decay $\mu^+\rightarrow\ \text{e}^+ \text{e}^- \text{e}^+ \overline{\nu}_\mu \nu_\text{e}$ and accidental electron-positron combinations. Therefore, a tracking detector made of thin pixel sensors with additional scintillating fibres and tiles for precise time measurement will be built. The development of the subdetectors is ongoing while detector construction is still in preparation

Track and Vertex Reconstruction on GPUs for the Mu3e Experiment

The Mu3e experiment searches for the lepton flavour violating decay μ → eee , aiming at a branching ratio sensitivity of 10 − 16 . A high precision tracking detector combined with timing detectors will measure the momenta, vertices and timing of the decay products of more than 10 9 muons/s stopped in the target. The trigger-less readout system will deliver about 100 GB/s of data. The implementation of a 3D tracking algorithm on a GPU is presented for usage in the online event selection. Together with a vertex fit this will allow for a reduction of the output data rate to below 100 M

Das HV-MAPS basierte MuPix Teleskop

Das Mu3e-Experiment sucht nach dem Zerfall eines Myons in zwei Positronen und einem Elektron, welcher nach dem Standardmodell sehr stark unterdrückt und somit nicht beobachtbar ist. Um die geplante Sensitivität von einem in 1016 zu erreichen, müssen 109 Myonenzerfälle pro Sekunde beobachtet werden. Der Spurdetektor wird aus mit Hochspannung betriebenen dünnen monolithischen aktiven Pixelsensoren (HV-MAPS) gebaut. Da diese auf bis zu 50 µm gedünnt werden können, eignen sie sich ideal um niederenergetische Teilchen zu detektieren. Der aktelle Sensorprototyp ist der MuPix7. Um die Detektorkomponenten und die Datennahme des Mu3e-Detektors zu testen wurde ein Strahlteleskop aus HV-MAPS realisiert. Dieses wurde für den Einsatz an verschiedenen Standorten optimiert, basiert auf optomechanischen Komponenten und zeichnet sich durch hohe Flexibilität und schnellen Aufbau sowie Kalibration aus.In diesem Vortrag werden die Funktionsweise des Teleskops, Testergebnisse aus drei Teststrahlkampagnen, bei denen Trefferraten von 1 MHz erreicht wurden, sowie aktuelle Leistungsverbesserungen vorgestellt