pdf (6.9 MB)

hep.fuw.edu.pl

pdf (6.9 MB)

Plan●obecny stan wiedzy o oscylacjach neutrin – krótkieprzypomnienie●komora projekcji czasowej wypełniona ciekłym argonem –ICARUS– rekonstrukcja przypadków– badanie światła scyntylacyjnego●●klasyfikacja przypadków oddziaływań CC neutrin n t– wpływ polaryzacji powstałego leptonu t na wynikiklasyfikacjiprzyszłość technologii ciekłoargonowej


Oscylacje●macierz mieszania e1 2 =U 3U=c 12s 120−s 12c 1200 0 110 0 c 130 s 13e0 c 23s 0 −s 23c 23−i 0 1 0−s 13e i 0 c 13● 3 kąty mieszania q 12, q 13, q 23●1 faza łamania CP fs ij= sin q ijc ij= cos q ij●2 niezależne różnice mas:Dm 2 12 =Dm2 solar , Dm2 23 =Dm2 atmP e =sin 2 2 sin 2 1.27 m2 LE


Pomiary parametrów oscylacji●●Dm 2 , q – neutrina słoneczne i reaktorowe (SNO,solar 12KamLAND)Dm 2 , q – neutrina atmosferyczne i akceleratoroweatm 23z długą bazą (LBL) (SuperK, K2K, MINOS, OPERA, ICARUS)– potwierdzenie oscylacji w n t– OPERA, ICARUS●q 13– najlepszy limit z CHOOZsin 2 2 13 0.12– w przyszłości – MINOS, T2K, ...●●łamanie CP – T2K, fabryki neutrinhierarchia mas – fabryki neutrin


Parametryoscylacji


Ciekły argon●gęstość: 1.4 g/cm 3dryfujące e -światło●●●długość radiacyjna: 14 cm(19.55 g/cm 2 )długość na oddziaływanie:84 cm(117.2 g/cm 2 )dE/dx(mip) = 2.1 MeV/cm(1.529 MeV cm 2 /g)●elektroujemność: 0●●śr. energia na produkcjępary elektron-jon: 23.6 eVśr. energia na produkcjęfotonu: 19.5 eV


Technika detekcji●możliwości i zalety:– trójwymiarowa rekonstrukcja przypadków oddziaływania(nawet skomplikowanych)– pomiar energii powstałych cząstek– identyfikacja cząstek (dE/dx, rozpady)– niski próg energetyczny detekcji– dobra rozdzielczość przestrzenna i energetyczna– stała czułość i możliwość wyboru ciekawych zdarzeń●testy kolejnych prototypów– źródło g (3 t)– wiązka neutrinowa WANF (50 l)– promieniowanie kosmiczne (3 t, 14 t, 300 t)


Moduł ICARUSA●wymiary modułu 20x7x4 m 3●wypełniony superczystym ciekłym argonem (aktywną tarczą)o masie ok. 600 ton– wymagana czystość argonu poniżej 0.1 ppb●●●●długość dryfu 150 cmnatężenie pola 500 V/cm3 płaszczyzny drutów odczytu(odległość 3 mm)przestrzenna zdolność rozdzielczaporównywalna z komoramipęcherzykowymi (3x3x0.6 mm 3 )połowa modułu


ICARUS


Testy ICARUSA●●●run techniczny w 2001 rokutrzy miesiąca sprawdzania wszystkich systemów,w tym jeden miesiąc zbierania danychróżnorodne przypadki oddziaływania promieni kosmicznych– jeden z układów wyzwalania zaprojektowanyi zbudowany przez grupę warszawską●Nucl. Inst. Meth.,A527 (2004) 329-410


Przykłady przypadkówczasnr drutu


Rekonstrukcja trójwymiarowa●powiązanie numerów drutówz układem detektora(2 współrzędne)x●trzecia współrzędna – wzdłużkierunku dryfuzy●pomiar prędkości dryfu elektronów oparty na analizie torówzebranych podczas testów– tory przecinające pełenobszar dryfutorkatodadługość dryfu


Prędkość dryfu●●pomiar dla kilkuwartości natężeniapola elektrycznegowynik 1.56 mm/msużywany przyrekonstrukcji(Nucl. Inst. Meth.,A516 (2004) 68-79)v drift(mm/ms)E (kV/cm)


Rekonstrukcja trójwymiarowa●Tor długości ok. 18 m


Rekonstrukcja trójwymiarowa●Tory rozpadających się mionówInduction 1 viewAµ+ABe+CInduction 2 viewµ+Collection viewBe+CRun 939 event 95T e= 36.2 MeVZasięg = 15.4 cm


Rekonstrukcja energii i pędu●Możliwości:– rekonstrukcja kalorymetryczna (energia)– rekonstrukcja z zasięgu– relatywistyczny wzrost dE/dx (pęd)– wielokrotne rozpraszanie kulombowskie (pęd)●Identyfikacja cząstek– profil strat energii wzdłuż toru cząstki– niezależny pomiar energii i pędu cząstkiRun 939 Event 46K+ µ+e+dE/dx (MeV/cm)Range (cm)K+µ+


Rekonstrukcja energii –sygnały●przebieg sygnału na pojedynczym drucienumeryczne całkowaniedopasowanej funkcjilub0f t=BA e−t−T t 21 e −t−T 0t 1sumowanie ADC kolejnychpróbek czasowych (dlakaskad, gdzie sygnałynachodzą na siebie)


Rekonstrukcja energii –poprawki i kalibracja●współczynnik kalibracji C (zamiana ADC na fC)●●poprawka na skończony czas życia elektronów dryfu t ewspółczynnik rekombinacjiR (parametryzacja prawemBirksa)Q= AQ 0dE1k Bdxt e(ms)E= W ionC Q hit expt d / e R●●Nucl. Inst. Meth. A508(2003) 287-294Nucl. Inst. Meth. A523(2004) 275-286dni


Rekonstrukcja energii –rozpady mionów●●●●pomiar widma elektronówz rozpadu mionówzatrzymujących sięselekcja przypadkówrekonstrukcja energiielektronów (bez wliczaniaenergii fotonów hamowania)symulacja poddanaidentycznemu procesowirekonstrukcji


Widmo elektronówdPdx x = 1 x2 N 3 1 −x 2 3 ρ 4 x−3 3η m e 1 −x 1E maxx 2 f x parametr Michela uzyskany z najlepszegodopasowania (zakładając -0.02


Rekonstrukcja energii –masa p 0●●●selekcja przypadkówpomiar energii kaskad elektromagnetycznychrekonstrukcja kąta między kaskadami


Masa p 0●●tu – 58 przypadkówpomiary i analizawciąż trwająmasa: 136.4 MeVszerokość: 31.8 MeV●znaleziono kilkaprzypadkówo masach między420 a 631 MeV (h 0 ?)


Światło scyntylacyjne argonu●zastosowanie:– układ wyzwalania– wyznaczanie absolutnego czasu zdarzenia (T0)●2 procesy produkcji:– Ar*+Ar Ar 2* 2Ar+g– Ar + +Ar Ar 2++e- Ar 2* 2Ar+g●●l=128 nm – daleki ultrafioletliczba fotonów zależna od pola elektrycznego (10-20 tys.na 1 MeV dla m.i.p. przy E=300 V/cm)


Analiza sygnałów●●idea: porównanie zarejestrowanych sygnałówz symulacją przejścia zrekonstruowanego toru przez detektorzła jakość sygnałów– niedopasowana elektronika– duże szumy●wybór kryteriów czasu przyjściai wysokości sygnału


Symulacja światła (GEANT 3)●●produkcja– scyntylacje (założenie: 10000 g na 1 MeV energiizdeponowanej w argonie)– promieniowanie czerenkowskie (115-600 nm), generacjaprzez wbudowane funkcje GEANTarozchodzenie się– rozpraszanie Rayleigha– odbicia od katody i ścian (współczynniki otrzymanez pomiarów)– czy zachodzi absorpcja?●detekcja– efektywność układu PMT+wavelength shifter(pomiary efektywności na powierzchni PMT)


Rozpraszanie Rayleigha●●prawdopodobieństwo rozpraszania:P , D=1 −exp−D/ L R rozkład kątowy rozproszonychfotonówRcos R =1 cos 2 R●●testy poprawności algorytmudla punktowego źródła i sferycznegodetektorawzrost liczby fotonów przy małychodległościach źródła od PMT, spadekprzy dużychPMTscattered ggmion


Porównania●prezentacja wynikóww funkcji „akceptacjikątowej”PMTDaneSymulacjator mionu●otrzymana w symulacjiliczba fotonów jestśredniąDane/Sym.


Program fizyczny ICARUSA●wiązka CNGS– monitorowanie strumienia n m– analiza topologii przypadków– poszukiwanie n t●●●neutrina atmosferyczne – obserwacja zdarzeńniskoenergetycznych (poniżej progu SuperK) orazskomplikowanychneutrina z supernowejposzukiwanie rozpadu protonu (kanały z kaonem,n e - K + )


Klasyfikacja przypadków t●●analiza przeprowadzona dla wiązki CNGS i neutrinatmosferycznychoczekiwany sygnał oddziaływań CC neutrin n tjest poniżejprocenta– podział na klasy o różnym stosunku sygnału do tła●●●wykorzystanie faktu, że neutrina z rozpadu leptonu t unoszączęść pędu i energii – odpowiedni dobór zmiennychklasyfikacja za pomocą sieci neuronowychbadanie zależności rozkładów zmiennych oraz efektywnościklasyfikacji od polaryzacji leptonu t


Przygotowanie do klasyfikacji●●3 klasy przypadków: z elektronem (1E), z mion (1M), bezleptonów naładowanych (0L) wiązka 1E 1M 0LCNGS 16.75% 0.13% 1.44%atmosferyczne 0.67% 0.65% 1.88%cząstki, które będą „widziane” w detektorze:– elektrony, miony, kaony naładowane– fotony z rozpadu p 0– piony naładowane o pędzie >50MeV/c– protony o pędzie >250MeV/c●wybór zmiennych:– pęd całkowity, brakujący pęd poprzeczny, pęd poprzecznyleptonu (1E,1M) lub najszybszej cząstki (0L)...– liczebności elektronów, protonów, pionów, fotonów


Symulacja – NUANCE●jeden z najlepszych generatorów oddziaływań neutrin– rozpraszanie na elektronach– rozpraszanie quasi-elastyczne– procesy rezonansowe (zdominowane przez produkcjęD)– rozpraszanie głęboko nieelastyczne– procesy koherentne i dyfrakcyjne●rozpady leptonu t – TAUOLA– rozpady leptonowe, z produkcją p, r, a, K, K*, np iwielopionowe– uwzględnia wpływ polaryzacji


Polaryzacja t●DIS – Albright&Jarlskog, Nucl. Phys. B84 (1975) 467-492●Hagiwara, Matawari, Yokoya – Nucl. Phys. B668 (2003) 364-384– obliczenia w innym układzie dla procesów DIS, QE, RES(produkcja D), bez ruchu Fermiegos=s z , s y , s z = P 2 sin P cos P ,sin P sin P ,cos P QERES


Ruch Fermiego a polaryzacja t●uwzględnienie ruchu Fermiego dla QE i RES– przeliczył K. KurekNucl. Phys. B139 (2005) 146. (proceedings do NuINT 2004)


Wiązka CNGS●produkowana przy SPS● bardzo czysta wiązka neutrin mionowych (0.8% n e, 2.1% n m,0.07% n e)●●średnia energia ok. 18 GeVodległość CERN-Gran Sasso 732 km


Przykładowe rozkłady●całkowity pędprzypadku1E0L


Wpływ polaryzacji – 1E●na ogół mały(np. pęd całkowitydla próbkispolaryzowanejo 5% wyższyw 1E,1M)●próbka w pełnispolaryzowanajest bardziejpodobna do tła


Wpływ polaryzacji – 0L●odwrotny efektdla klasy 0L●●w 1E, 1M – leptonnaładowanyemitowanyczęściej doprzoduw 0L – do przoduemitowaneneutrino


Wyniki klasyfikacji – 1E●●klasa 1E„golden channel”zawartośćsygnału 16.75%


Wyniki klasyfikacji – 0L●zawartośćsygnału1.44%


Neutrina atmosferyczne●prawdopodobieństwo oscylacji zależy od drogi neutrina●– wybór neutrin przychodzących „z dołu”, by zwiększyćstosunek sygnału do tłakierunek pierwotnego neutrina znany tylko z rekonstrukcjiproduktów oddziaływania


Przykładowy rozkład●Klasa 1E (pozostałe bardzo podobne)– tło to przypadki niskoenergetyczne – inaczej niż dla CNGS


Wyniki klasyfikacji – 0L●zawartośćsygnału1.887%


Przyszłość ICARUSa●●mało prawdopodobny znaczący wynik fizyczny dla n tdetektor nie będzie rozbudowywany– opóźnienia w realizacji projektu– zbieg niekorzystnych okoliczności●●●detektor znajduje się w podziemnymlaboratorium Gran Sasso, gdzie jestprzygotowywany do uruchomieniadostarczy danych cennych z punktuwidzenia rozwoju i lepszego zrozumieniatechnologiiistnieją już następne projektydetektorów ciekłoargonowych...


Przyszłościowe projektyz ciekłym argonem – T2K●T2K – ok. 2009 r., Japonia● faza I: pomiar q 13●●●faza II: poszukiwanie łamania CP3 detektory – bliski, w odległości2 km i daleki (docelowo detektorHyperK – 1MT wody)TPC z ciekłym argonem (100 ton)– pomiary widma wiązki– pomiary przekrojów czynnych– pomiary składowej elektronowejwiązki


Dalsza przyszłość...●●FLARE (USA), 90 kt ciekłego argonuGLACIER, 100 kt ciekłego argonu,detektor dwufazowy (ciecz i gaz)– q 13– łamanie CP– hierarchia mas


Podsumowanie●●przeprowadzone testy pokazują duże możliwości technologiiciekłoargonowejpierwszy duży detektor (ICARUS) powinien zacząć zbieraćdane w ciągu roku– być może wyniki fizyczne●●– z pewnością dalsze usprawnienia techniczne (elektronika)i ulepszenie algorytmów skanowania i rekonstrukcjiduże zainteresowanie – plany budowy dalszych detektorów(o różnych masach)polska grupa – ICARUS, T2K


Dodatek


Liczby przypadków●●supernowa w odległości 10 kpcmodel ES CC NCbez oscylacji 8 40 182hierarchia normalna 8 200 182hierarchia odwrócona 8 153 182neutrina atmosferyczne (2.5*10 -3 eV 2 , rok)cont. totale-like 20 40m-like 13 34●neutrina z CNGS– n t(5 lat) – 3 (w kanałach rozpadu w elektron lub r)– n m(rok) – ok. 1300

More magazines by this user
Similar magazines