Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Poszukiwanie efektów związanych z ciemną materią w eksperymencie Marcin Berłowski.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Poszukiwanie efektów związanych z ciemną materią w eksperymencie Marcin Berłowski."— Zapis prezentacji:

1 Poszukiwanie efektów związanych z ciemną materią w eksperymencie Marcin Berłowski

2 Plan prezentacji Motywacja Układ doświadczalny Wyniki Przyszłość

3 Ciemna materia Nieujęta w Modelu Standardowym Oddziaływująca tylko grawitacyjnie Widoczna w krzywych rotacyjnych galaktyk i w obrazach soczewkowania grawitacyjnego

4 Ciemna materia Poszukujemy hipotetycznego bozonu U, który może pośredniczyć w anihilacji cząstek ciemnej materii Proste rozszerzenie Modelu Standardowego o symetrię U ze stałą sprzężenia ε Linia 511 keV z okolic centrum Galaktyki zmierzona w eksperymencie INTEGRAL Wprowadzenie takiego bozonu związane z chęcią wyjaśnienia nadwyżki widzianej w wielu eksperymentach (PAMELA, ATTIC, …) Masa U= MeV [arXiv:hep-ph/ ]

5 Ciemna materia Droga, czas życia: γcτ~1mm(γ/10)(10 -4 /ε) 2 ·(100MeV/m U ) Ograniczenia w przestrzeni ε vs m U pochodzące z wielu różnych eksperymentów: od astrofizyki poprzez eksp. typu beam-dump i rozpady cząstek aż do pomiaru stałych fizycznych arXiv:

6 Ciemna materia Bozon wektorowy (ciemny foton) Jego sygnatura powinna objawić się w rozpadach Dalitza mezonów pseudoskalarnych Dwie metody poszukiwań: widmo masy e + e - pochodzących z rozpadów Dalitza oraz widmo masy fotonów z tych rozpadów

7 Współpraca 26 instytucji z całego świata w tym 4 z Polski Około 200 uczestników COoler SYnchrotron zlokalizowany przy Forshungszentrum Juelich, Niemcy

8 Eksperyment Pierścień akumulujący o obwodzie 184 m dla protonów i deuteronów Cząstki o E max =3,7 GeV Duża świetlność (do cm -2 s -1 )

9 Układ detekcyjny WASA Składa się z trzech głównych części – tarczy kropelkowej, detektora centralnego i detektora przedniego WASA – Wide Angle Shower Apparatus

10 Detektor przedni

11 Detektor centralny

12 Ciekła tarcza Zestalony wodór lub deuter Częstotliwość 8-10 kHz Średnica kropel μm Rozpędzane do prędkości 80 m/s COSY

13 Komora dryfowa 1738 rurek w 17 warstwach Średnica rurek od 4 do 8 mm Wypełnione CO 2 i argonem Pole magnetyczne 1 Tesli Zasada działania:

14 Kalorymetr elektromagnetyczny Pokrywa większość przestrzeni kątowej 1012 kryształów CsJ(Na) długości od 20 do 30 cm (~16 X 0 )

15 Wyniki

16 Dane ppppπ° Zebrane były przy energii 550 MeV (poniżej progu na produkcję π + π - ) Dwa tygodnie naświetleń Największa światowa próbka 5·10 5 rozpadów π°γe + e - (SINDRUM ~10 5 ) Szukano Ue e w widmie e + e - z π°γe + e - Opublikowano limit na Ue e w Phys. Lett. B 726 (2013), 187

17 Sygnatura bozonu U (symulacja) BR(η γU) = 10, BR(U e e ) = 1 Masa U = 200 MeV Masa U = 100 MeV

18 Rozpad Dalitza mezonu π° · Dane --- MC suma --- MC π e e γ (BR=1,2%) --- MC konwersja zewnętrzna --- MC π e e γ plus fałszywe e z π Search for a dark photon in π e e γ decay [arXiv: ]

19 Stała sprzężenia ε 2 vs masa bozonu U Search for a dark photon in π e e γ decay [arXiv: ]

20 Mezon Masa ok. 550 MeV/c 2 Duża masa (w porównaniu z mezonami ) związana z domieszką kwarków dziwnych Długi czas życia, gdyż wszystkie kanały rozpadu są w jakiś sposób zabronione

21 Ciemna materia Wyniki kolaboracji KTeV świadczące o 3,3σ odchyleniu pomiaru stosunku rozgałęzień dla rozpadu π° e + e - Podobny efekt mamy szansę zaobserwować w rozpadzie η e + e -, ale tu mamy znacznie mniejsze dostępne statystyki [arXiv: ]

22 Rozpady leptonowe mezonu Częstość rozpadów: 39% eksp e + e - ~0,7% eksp e + e - ~?10 -9 ? teor Rozpade + e - jest szczególnie ciekawy i ważny, gdyż nigdy nie był zaobserwowany, są dla niego tylko obliczenia teoretyczne, a jakiekolwiek oddziaływania spoza modelu standardowego mogą zwiększyć częstość tego rozpadu

23 Zebrane dane i system wyzwalania Dane zbierano jesienią 2008 w reakcji pppp przy energii 1,4 GeV W ciągu dwutygodniowego eksperymentu zebrano około 150 milionów wszystkich przypadków System wyzwalania (tryger) wykorzystywał specyfikę reakcji i wymagał dużego depozytu energii w obu połówkach detektora Działa on bardzo podobnie dla każdego z rozpadów leptonowych Ilustracja działania trygera

24 Krzywa akceptacji trygera Na podstawie depozytów energii w połówkach kalorymetru wyznaczono krzywą akceptacji trygera Przypadki bez flagi trygera Przypadki z flagą trygera

25 pppp( ) IM γγ MM pp Dane Przypadki dwufotonowe Służył wyznaczeniu normalizacji ηπºπº η

26 26 Liczba wyprodukowanych mezonów η równa: ~5,9·10 7 z błędem systematycznym 15% MC Dane η η πºπº

27 Pary e + e - w danych MC eeγ Dane na wstępnym etapie analizy Fotony wirtualne przekształcające się w pary lubią mieć małe masy Pary π + π - Pary e + e -

28 pppp(e + e - ) Przypadki z małymi masami pary e + e - Dane η πºπº η

29 Konwersja fotonów w rurze wiązki MC ee γ MC γγ Dane 60 mm

30 Rozkłady masy niezmienniczej par e + e - pochodzących z danych, przed i po redukcji konwersji Konwersja fotonów w rurze wiązki + Dane --- MC ηγγ --- MC ηe e γ --- MC suma + Dane --- MC ηγγ --- MC ηe e γ --- MC suma

31 e + e - - konkluzje Dobra zgodność widzianej ilości rozpadów w tym kanale z kanałem normalizacyjnym Pozwolił on nam wypracować odpowiednie metody analizy służące: –identyfikacji i pomiarowi elektronów –zrozumieniu konwersji fotonów w rurze wiązki –zbadaniu odpowiedzi detektora na elektrony o różnych energiach

32 Poszukiwaniee + e - - spodziewane procesy tłowe pppp + - –100 razy większy przekrój czynny niż na produkcję mezonu η –W stanie końcowym dwie naładowane cząstki e + e - –Foton może mieć bardzo małą energię i opuścić detektor bez śladu ppp(1232)pp( *e + e - ) –Taki sam stan końcowy jak w naszej reakcji Udział innych procesów fizycznych okazał się nieznaczący w porównaniu z powyższymi reakcjami

33 Poszukiwaniee + e - - sygnatura reakcji (symulacja) Przykład sposobu rozróżniania elektronów od pionów na podstawie ich depozytu energii w kalorymetrze elektromagnetycznym X X MC pppp + - pppp(e + e - )

34 Analiza – ostateczne wyniki Nie znaleziono żadnego przypadkue + e - w naszej próbce danych. Pozwoliło to wyznaczyć górną granicę stosunku rozgałęzień równy <2,1·10 -6 przy poziomie ufności 90% Wynik ten, po uwzględnieniu poprawki na statystykę Poissona dla małej ilości przypadków oraz dominujący błąd systematyczny wynikający z normalizacji, przekształca się w: 3,9·10 -6 przy poziomie ufności 90% (dotychczasowy wynik w bazie danych PDG 5,6·10 -6 Eur.Phys.J. A48 (2012) 64)

35 Podsumowanie i trochę o przyszłości... Zebrano próbki odpowiadające ~6·10 7 rozpadów mezonu oraz ~10 9 rozpadów neutralnych pionów Zaobserwowano i zmierzono kilka różnych leptonowych kanałów rozpadu mezonów i π° Wyznaczono lepsze limity na stosunek rozgałęzieńe + e - oraz ograniczenie na ε dla bozonu U Praca o U w π e e γ została opublikowana, w przygotowaniu jest artykuł podsumowujący wyniki uzyskane w doktoracie Analiza większej statystyki (x8) rozpadów mezonu oraz π (x4) jest i będzie kontynuowana

36 Dziękuję za uwagę...


Pobierz ppt "Poszukiwanie efektów związanych z ciemną materią w eksperymencie Marcin Berłowski."

Podobne prezentacje


Reklamy Google