О. Г. Ряжская. Это – уникальная многоцелевая установка, предоставляющая возможность проведения экспериментов по широкому кругу проблем подземной физики. - презентация

1 О. Г. Ряжская

2

3 Это – уникальная многоцелевая установка, предоставляющая возможность проведения экспериментов по широкому кругу проблем подземной физики. Основная цель эксперимента - поиск нейтринного излучения от коллапсирующих звезд. Роль нейтрино в астрофизических исследованиях является весьма важной. Рождаясь в ядерных реакциях в глубине звезд, эти частицы легко выходят на поверхность, давая ценную информацию о процессах, скрытых от наблюдателя огромными толщами звездного вещества. Получение этой информации и ее правильная интерпретация – задача экспериментаторов, занимающихся нейтринной астрофизикой

4 LVD – detector under Gran Sasso 3300 m.w.e. LVD the largest iron-scintillation telescope in the world 3 towers: 840 scintillation counters (1010 tons of scintillator) 1000 tons of iron Study & important results in: neutrino physics astrophysics cosmic ray physics search for rare processes The main goal is to search for ν bursts from collapsing stars LVD is 10 times expanded version of the LSD (Mont Blanc) apparatus which has detected the ν -burst from SN 1987A at 2:52 UT on February, 23, LSD & LVD are Russian-Italian projects. Scintillator & scintillation counters were elaborated and produced in INR, Russia

5 Ядра водорода и углерода, входящие в состав сцинтиллятора, позволяют регистрировать различные типы нейтрино, излучаемые коллапсирующими звездами. Так как LVD на 50% состоит из железа, это делает его особенно чувствительным к детектированию электронных нейтрино с энергиями более 20 МэВ, что позволяет получить информацию о начальной стадии коллапса, о фазе нейтронизации звездного ядра. Для понимания процессов, происходящих в недрах звездных ядер при коллапсах, необходимо иметь детекторы, способные регистрировать различные типы нейтрино и идентифицировать различные типы реакций.

6 all LVD can measure all types of neutrinos from collapsing stars e+e+ and

7 1.Поиск нейтринных всплесков от гравитационного коллапса звезд LVD – сцинтилляционно-железный нейтринный телескоп с полной массой ~ 2 кт. Основная цель LVD (Large Volume Detector) – поиски нейтринного излучения от коллапсов звезд. По этой программе детектор проработал 17 лет. Он включен в мировую систему раннего оповещения о вспышках Сверхновых звезд в нашей Галактике (SNEWS, SuperNova Early Warning System) 9 лет назад. С 2000 г. время экспозиции составило 99% полного времени. По данным работы нейтринных телескопов «Коллапс», LSD и LVD в течение 32 лет получено самое сильное экспериментальное ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд в Галактике: менее 1 события в 14 лет на 90% уровне достоверности, а на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд, не сопровождающихся сколько- нибудь заметным потоком электронных антинейтрино: менее 1 события в 4 года на 90% уровне достоверности (результаты 8-летней непрерывной работы детектора LVD).

8

9 NaCl Рассматривался отклик детектора на различные типы нейтрино, предсказываемые различными моделями коллапса звезды. В частности детектор способен регистрировать продукты взаимодействия нейтрино с ядрами Na и Cl, имеющими значительные сечения в области 20 – 70 МэВ, при условии размещения поваренной соли между сцинтилляционными счетчиками установки. В 2009 году начаты работы по измерению эффективности регистрации нейтронов в условиях наличия поваренной соли между счетчиками.

10 Na 23 Cl 35,37 Fe 56 Суммарный спектр

11 Модификация установки LVD – энергетические спектры в различных моделях коллапса Обратный бета-распадСоль и железо Суммарный спектр

12 Продолжались работы по изучению свойств мюонов космических лучей высоких энергий (более 1.3 ТэВ на уровне моря). Проанализирован материал за 8 лет работы детектора.

13

14 Вариации потока мюонов космических лучей 2. Вариации потока мюонов космических лучей Интенсивность мюонов за 8 лет работы установки LVD. Каждый бин соответствует одному дню ( – ). Кривая – фит данных по формуле Средняя дневная интенсивность за год («наложение эпох» за 8 лет набора данных)

15 Существование таких вариаций мюонов на больших глубинах под землей необходимо учитывать при изучении редких процессов, например, таких, как поиск темной материи R. Bernabei et. al., (DAMA Coll.) // arXiv: v1 [astro-ph] The superimposed curves represent the cosinusoidal functions behaviours Acos ω(t t 0 ) with a period T = 1 yr, with a phase t 0 = day (June 2nd). The dashed vertical lines correspond to the maximum of the signal (June 2nd), while the dotted vertical lines correspond to the minimum.

16 Совпадение LVD-OPERA 3. Совпадение LVD-OPERA 172 м

17 На обоих экспериментах были проанализированы данные за 2008 год в течение времени работы пучка CNGS. Общее живое время для двух экспериментов составило дня. Во временном окне 15 мкс было найдено: 145 совпадающих событий, связанных с пучком CNGS (события от ускорителя); 38 совпадающих событий во время, когда пучок выключен (атмосферные события). Это мюоны, идущие по направлению, перпендикулярному к направлению на ЦЕРН. У первого набора данных ширина временного распределения 10.5 мкс, связанная со временем запуска пучка. Для второго набора (атмосферные мюоны) распределение узкое с пиком на наносекунды (время пролета мюоном расстояния, равного 172 метрам). Анализ данных продолжается

18 Радоновые данные 4. Радоновые данные В течение года на установке LVD продолжался мониторинг концентрации радона под землей. Во время сильного землетрясения в Аквиле в апреле этого года наблюдалось аномальное увеличение темпа счета LVD по низкому порогу, из которого следует, что концентрация радона превышала более чем на порядок среднее значение в радиусе более, чем 15 км от установки

19 Радоновые данные 4. Радоновые данные В течение года на установке LVD продолжался мониторинг концентрации радона под землей. Во время сильного землетрясения в Аквиле в апреле этого года наблюдалось аномальное увеличение темпа счета LVD по низкому порогу, из которого следует, что концентрация радона превышала более чем на порядок среднее значение в радиусе более, чем 15 км от установки

20 Зарядовое отношение мюонов космических лучей R = N µ+ /N µ- 5. Зарядовое отношение мюонов космических лучей R = N µ+ /N µ- Измеренная величина R µ (черный квадрат – данные LVD, кружки – данные OPERA, кривые – теоретические зависимости R(E µ )) R= (сист) 0.04 (стат). Впервые с помощью детектора LVD, не содержащего магнитного спектрометра, получено зарядовое отношение вертикальных мюонов космических лучей с энергиями Е > 1.3 ТэВ на уровне моря

21

22 Международный эксперимент OPERA предназначен для исследования осцилляций нейтрино в пучке от ускорителя CERNa. Целью эксперимента является наблюдение в пучке. Во время экспозиции были обнаружены взаимодействия нейтрино в эмульсионной части установки. Детальный анализ экспериментального материала продолжается. На детекторе OPERA проводились работы в области физики космических лучей: было измерено отношение числа положительно заряженных мюонов к отрицательно заряженным с использованием магнитных спектрометров.

23 Значения R µ, измеренные экспериментом OPERA в сравнении с другими экспериментами Одиночные мюоны: Множественные мюоны: Зарядовое отношение мюонов космических лучей

24 Физический этап эксперимента 1. В 2009 году во время работы ускорительного пучка российские ученые работали в составе групп, обеспечивающих проведение эксперимента CSR – замена сменных эмульсионных пластин и установка их в детекторе – (50 смен ) BMS - автоматизированная система извлечения эмульсионных блоков из детектора OPERA – (39 смен ). BH – извлечение эмульсионных блоков из детектора и отделение сменных эмульсионных пластин, маркировка эмульсионного материала рентгеновским пучком и космическими мюонами - (311 смен ). Проявка эмульсий в проявочном центре Гран Сассо - (168 смен ) Сканирование сменных эмульсионных пластин на автоматизированном комплексе лаборатории Гран Сассо (98 смены ) Всего за 2009 год было отработано 666 смен.

25 Физический этап эксперимента 2. В 2009 году продолжены работы для создания условий обработки эмульсий OPERA в России. Начато сканирование эмульсионного материала, переданного коллаборацией ОПЕРА в Россию. Получено новое оборудование для сканирования, полностью соответствующее европейским аналогам, используемым для обработки реальных событий, полученных в ходе эксперимента. Начата его установка и наладка.

26 Физический этап эксперимента 3. Создано программное обеспечение для моделирования взаимодействия нейтрино с веществом для анализа топологии событий и разработки критериев отбора событий, связанных с распадом таона. Были разработаны процедуры розыгрыша взаимодействия тау - нейтрино с рождением тау - лептона, восстановления треков и координат вершин взаимодействия и распада тау - нейтрино, а также проведены оценки величины угла излома трека и прицельного параметра. Найдены ошибки восстановления вершины взаимодействия тау - нейтрино с веществом эмульсионного блока. Получена точность восстановления точки распада тау - лептона. С помощью вновь созданного программного обеспечения получены распределения характеристик распада тау - лептона : угла излома трека для « длинных распадов » и прицельного параметра для « коротких распадов ». Полученные распределения не зависят от первичной энергии нейтрино и от рассмотренного канала распада тау - лептона. Проведено сопоставление результатов моделирования с моделированием на основе стандартных программ, используемых в эксперименте ОПЕРА, которое показало хорошее согласие.

27