Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Optymalizacja detektora SMRD w bliskiej stacji eksperymentu T2K Paweł Przewłocki Warszawska Grupa Neutrinowa.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Optymalizacja detektora SMRD w bliskiej stacji eksperymentu T2K Paweł Przewłocki Warszawska Grupa Neutrinowa."— Zapis prezentacji:

1 Optymalizacja detektora SMRD w bliskiej stacji eksperymentu T2K Paweł Przewłocki Warszawska Grupa Neutrinowa

2 Neutrina Obrazki z eksperymentów Icarus, MiniBoone, SuperKamiokande, KamLand, Minos

3 Plan na dziś Troche fizyki neutrin Troche fizyki neutrin Jak powinien wyglądać eksperyment neutrinowy A.D. 2007? Jak powinien wyglądać eksperyment neutrinowy A.D. 2007? Konkrety, czyli: Konkrety, czyli: Eksperyment T2K Eksperyment T2K Bliska stacja ND280 Bliska stacja ND280 Detektor pozaosiowy Detektor pozaosiowy SMRD – scyntylacyjny detektor zasięgu mionów SMRD – scyntylacyjny detektor zasięgu mionów Optymalizacja SMRD Optymalizacja SMRD

4 Jeśli neutrina mają masę, możliwa jest zmiana zapachu neutrin. Jeśli neutrina mają masę, możliwa jest zmiana zapachu neutrin. Przyjmujemy, że stany własne zapachu są pewną kombinacją stanów własnych masy (tu dla dwóch zapachów neutrin): Przyjmujemy, że stany własne zapachu są pewną kombinacją stanów własnych masy (tu dla dwóch zapachów neutrin): Stany własne masy propagują się z różną prędkością 1 (t)= 1 (0)exp(-iE 1 t) 2 (t)= 2 (0)exp(-iE 2 t) Stany własne masy propagują się z różną prędkością 1 (t)= 1 (0)exp(-iE 1 t) 2 (t)= 2 (0)exp(-iE 2 t) Oscylacje neutrin

5 Oscylacje neutrin - eksperymenty Eksperymenty słoneczne i reaktorowe: SK SNO Kamland Eksperymenty atmosferyczne SK K2K

6 Oscylacje neutrin – stan obecny ZAPACHMASA atmosferyczne SK, K2K, MINOS θ o |Δm 2 23 | ~ 2.5×10 -3 eV 2 θ o |Δm 2 23 | ~ 2.5×10 -3 eV 2 słoneczne SNO, KamLand θ o Δm 2 12 ~ 8×10 -5 eV 2 θ o Δm 2 12 ~ 8×10 -5 eV 2CHOOZ θ 13 < 10 o θ 13 < 10 o CO JESZCZE DO ZROBIENIA? dokładniejsze wyznaczenie parametrów oscylacji (np. 13 ) dokładniejsze wyznaczenie parametrów oscylacji (np. 13 ) hierarchia mas: normalna czy odwrócona ? hierarchia mas: normalna czy odwrócona ? – niezachowanie CP? – niezachowanie CP? neutrina sterylne ? neutrina sterylne ?

7 Najważniejsze pomiary w przyszłości Absolutna skala mas Absolutna skala mas Niemożliwa do ustalenia w eksperymentach oscylacyjnych (->podwójny rozpad beta, rozpad trytu) Niemożliwa do ustalenia w eksperymentach oscylacyjnych (->podwójny rozpad beta, rozpad trytu) Łamanie CP w sektorze neutrinowym Łamanie CP w sektorze neutrinowym Potrzeba dużych statystyk (w tej chwili nieosiągalnych), wiązki neutrin i antyneutrin Potrzeba dużych statystyk (w tej chwili nieosiągalnych), wiązki neutrin i antyneutrin Dokładna wartość kątów θ 13 i θ 23 Dokładna wartość kątów θ 13 i θ 23 Eksperymenty z długą bazą Eksperymenty z długą bazą

8 sin θ 23 – czy jest maksymalny? który oktant? sin θ 23 – czy jest maksymalny? który oktant? θ 23 wyznaczamy w eksperymentach typu znikanie θ 23 wyznaczamy w eksperymentach typu znikanie Jeśli θ 23 inne niż 45st. mamy dwie możliwości: θ 23 lub 90 - θ 23 (degeneracja) Jeśli θ 23 inne niż 45st. mamy dwie możliwości: θ 23 lub 90 - θ 23 (degeneracja) Pytania: θ 23 Jeżeli

9 Potrzebujemy: eksperyment czuły na L/E ~300 km/GeV z udziałem reaktorowe, L~1 km ( parę MeV) akceleratorowe – long baseline ( rzędu GeV) pojawianie się: znikanie Pomiar θ 13 (czy jest zero?) L/E ~300 km/GeV

10 Budujemy eksperyment:-) L/E rzędu 300km/GeV L/E rzędu 300km/GeV Długa baza Długa baza Silna wiązka Silna wiązka L – 300km -> E koło 1GeV L – 300km -> E koło 1GeV Duży detektor daleki Duży detektor daleki Dobrze znana technika detekcji Dobrze znana technika detekcji Detektory poza osią wiązki Monitorowanie wiązki Kontrola tła eksperymentalnego Dodatkowe pomiary wiązki nieoscylowanej Przekroje czynne Stacja bliska Stacja pośrednia Detektor daleki p 0km0km300 km Akcelerator, tarcza grafitowa tunel rozpadowy

11 T2K – schemat eksperymentu Akcelerator, tarcza grafitowa tunel rozpadowy Monitor mionów Stacja ND280 Stacja 2km SuperKamiokande ND280 off-axis N-GRID on-axis p 140m0m0m 280m 2 km295 km Start: 2009

12 T2K – gdzie to jest KamiokaTokai

13 Wiązka pozaosiowa (off-axis) ν μ π CMS π ν θ LAB Kirk T. McDonald An Off-Axis Neutrino Beam, 2001.

14 SuperKamiokande (det. daleki) 41.4m Wodny detektor wykorzystujący zjawisko Czerenkowa 50kton wody, 22.5kton przestrzeni roboczej >11tys PMT Detektor działa w tej chwili niezależnie (neutrina atmosferyczne, słoneczne), działał też jako detektor daleki K2K; od 2009 będzie służył T2K.

15 Rekonstrukcja SuperKamiokande Zima i wiosna – uzupełnianie liczby fotopowielaczy Zima i wiosna – uzupełnianie liczby fotopowielaczy Detektor już zbiera dane.

16 SuperKamiokande po remoncie

17 Bliski detektor – stacja 280m Część osiowa Część osiowa Monitoring wiązki (kierunek, stabilność) Monitoring wiązki (kierunek, stabilność) Część pozaosiowa Część pozaosiowa Pomiar przekrojów czynnych na węglu i wodzie, pomiar strumienia wiązki i jej profilu energetycznego, pomiary tła Pomiar przekrojów czynnych na węglu i wodzie, pomiar strumienia wiązki i jej profilu energetycznego, pomiary tła OA1 OA2 OA3

18 ND280 (det. pozaosiowy) Magnes UA1, B = 0.2 T wzdł. x Magnes UA1, B = 0.2 T wzdł. x det. mionów (SMRD) det. mionów (SMRD) Kosz (basket) Kosz (basket) P0D: 0 z reakcji NC P0D: 0 z reakcji NC Tracker: pomiar CC Tracker: pomiar CC 3xTPC 3xTPC 2xFGD 2xFGD ECAL ECAL x z y P0D 12 ton fiducial FGDs: 2 x 1.2 t : 170x10 3 oddz./10 21 p/tona ~ 1 przyp. /min./tona : 170x10 3 oddz./10 21 p/tona ~ 1 przyp. /min./tona e : 3.34x10 3 oddz./10 21 p/tona e : 3.34x10 3 oddz./10 21 p/tona ~ 1 przyp/godz./tona ~ 1 przyp/godz./tona

19 SMRD (Side Muon Range Detector) 1C: 53ton 16C: 850ton Poj. pierścień jarzma magnesu posiada szczeliny w 15 warstwach (1.7 cm grubość otworu, 5 cm grubość warstwy żelaza) Poj. pierścień jarzma magnesu posiada szczeliny w 15 warstwach (1.7 cm grubość otworu, 5 cm grubość warstwy żelaza) W szczelinach będą umieszczone det. scyntylacyjne W szczelinach będą umieszczone det. scyntylacyjne Otwory poziome 1.7x87x70cm, pionowe 1.7x87x90cm Otwory poziome 1.7x87x70cm, pionowe 1.7x87x90cm W ok otworów znajdą się det. (ok. 6 warstw) W ok otworów znajdą się det. (ok. 6 warstw) Pionowo: moduły z 4 Sci (0.7x87x~20cm) Pionowo: moduły z 4 Sci (0.7x87x~20cm) Poziomo: moduły z 3 Sci (0.7x87x~20cm) Poziomo: moduły z 3 Sci (0.7x87x~20cm) 90cm 70cm

20 SMRD - konstrukcja modułu 870 x 170 x 7 mm 870 x 170 x 7 mm Scyntylator plastikowy pokryty materiałem odbijającym światło Scyntylator plastikowy pokryty materiałem odbijającym światło Swiatłowód WLS (Y11 Kuraray), ~ 2.7 m dł. Swiatłowód WLS (Y11 Kuraray), ~ 2.7 m dł. Odczyt światła z obu stron (SiPM-y) Odczyt światła z obu stron (SiPM-y) W sumie ~8000 kanałów odczytu (całe jarzmo) W sumie ~8000 kanałów odczytu (całe jarzmo)

21 SMRD – zadania pomiar pędu uciekających mionów poprzez pomiar ich zasięgu (pomoc w rek. E ), pomoc w rekonstrukcji kierunków torów mionowych pomiar pędu uciekających mionów poprzez pomiar ich zasięgu (pomoc w rek. E ), pomoc w rekonstrukcji kierunków torów mionowych weto dla przypadków wchodzących z zewnątrz weto dla przypadków wchodzących z zewnątrz trigger dla mionów kosmicznych do kalibracji wewn. części detektora trigger dla mionów kosmicznych do kalibracji wewn. części detektora

22 SMRD - symulacje Oficjalna symulacja detektora ND280m (Geant4/ROOT) Oficjalna symulacja detektora ND280m (Geant4/ROOT) Rzeczywista symulacja wiązki Rzeczywista symulacja wiązki Oddziaływania neutrin w detektorze symulowane za pomocą generatorów oddziaływań neutrin: NUANCEa i NEUTa Oddziaływania neutrin w detektorze symulowane za pomocą generatorów oddziaływań neutrin: NUANCEa i NEUTa Cele symulacji Jaka jest optymalna konfiguracja modułów SMRD? (ilość warstw w funkcji oraz z)? Jaka jest optymalna konfiguracja modułów SMRD? (ilość warstw w funkcji oraz z)? Optymalna ustawienie SMRD względem FGD? Optymalna ustawienie SMRD względem FGD? Opracowanie algorytmów rekonstrukcji energii, torów mionów Opracowanie algorytmów rekonstrukcji energii, torów mionów Określenie poziomu tła Określenie poziomu tła Określenie możliwości kalibracji przy wykorzystaniu mionów kosmicznych Określenie możliwości kalibracji przy wykorzystaniu mionów kosmicznych

23 Optymalizacja SMRD Side Muon Range Detector – mierzy pęd mionów i ich kierunek Side Muon Range Detector – mierzy pęd mionów i ich kierunek Ważne przy badaniu oddziaływań neutrin i mionów kosmicznych (do kalibracji) Ważne przy badaniu oddziaływań neutrin i mionów kosmicznych (do kalibracji) Mamy 15 szczelin w które można włożyć paski scyntylacyjne Mamy 15 szczelin w które można włożyć paski scyntylacyjne Ale liczba pasków jest ograniczona (pieniądze!). Dlatego chcemy zoptymalizować ich rozmieszczenie tak, aby uzyskiwać jak najwięcej informacji o mionach. Ale liczba pasków jest ograniczona (pieniądze!). Dlatego chcemy zoptymalizować ich rozmieszczenie tak, aby uzyskiwać jak najwięcej informacji o mionach.

24 Pozaosiowy detektor nd280 – widok z boku Pierścienie: 15 warstw POD TPC

25 I z przodu Lewa boczna część Prawa boczna część Górna część Dolna część

26 Co trzeba zrobić Badamy miony z oddziaływań neutrin Badamy miony z oddziaływań neutrin Pomiary mionów dokonywane są głownie przez TPC – SMRD jest ważne w przypadkach, gdy TPC nie jest w stanie dokonać rekonstrukcji (np. ma niewystarczającą ilość informacji) Pomiary mionów dokonywane są głownie przez TPC – SMRD jest ważne w przypadkach, gdy TPC nie jest w stanie dokonać rekonstrukcji (np. ma niewystarczającą ilość informacji) Pytanie: jaki jest optymalny układ scyntylatorów SMRD aby najlepiej mierzyć miony, które nie są widziane przez TPC? Pytanie: jaki jest optymalny układ scyntylatorów SMRD aby najlepiej mierzyć miony, które nie są widziane przez TPC? Przyjrzyjmy się do jakich najdalej warstw scyntylatorów dochodzą miony będące przedmiotem naszego zainteresowania Przyjrzyjmy się do jakich najdalej warstw scyntylatorów dochodzą miony będące przedmiotem naszego zainteresowania Narzędzia: Narzędzia: Symulacja Geant4 dla ND280MC Symulacja Geant4 dla ND280MC Oddziaływania neutrin: pliki NEUTa na wodzie (na razie) Oddziaływania neutrin: pliki NEUTa na wodzie (na razie)

27 Najdalsza warstwa w SMRD oddziaływań neutrin w FGD oddziaływań neutrin w FGD Cięcie na depozycie energii w scyntylatorze – dobry sygnał to przynajmniej 0.5MeV depozytu Cięcie na depozycie energii w scyntylatorze – dobry sygnał to przynajmniej 0.5MeV depozytu Cięcie na długości toru w TPC – mion nie może przelecieć więcej niż 60cm w TPC (dłuższe tory są rekonstruowane w TPC i nie potrzebują żadnych dodatkowych informacji z SMRD) Cięcie na długości toru w TPC – mion nie może przelecieć więcej niż 60cm w TPC (dłuższe tory są rekonstruowane w TPC i nie potrzebują żadnych dodatkowych informacji z SMRD) Definicja przypadków QE: Definicja przypadków QE: Jeden mion Jeden mion Bez pizer Bez pizer Bez piplusów powyżej 200MeV energii Bez piplusów powyżej 200MeV energii Czasami dzielę SMRD na boczne i górne/dolne części, żeby pokazać wpływ cewki (która zainstalowana jest tylko w górnej i dolnej części kosza)

28 Zależność od pierścienia Wszystkie przypadki, w pierścieniach: 1,2 5,6 7,8 3,4 Nr warstwy

29 Najdalsza warstwa Zastosowałem selekcję 60cm TPC Czerwone – boczne TPC Czarne – boczne + góra/dół W bocznych partiach więcej mionów All QE Boczne Boczne + góra/dół Boczne Boczne + góra/dół Nr warstwy # #

30 Najdalsza warstwa – dół i góra Użyta selekcja 60cm w TPC Tylko górne/dolne części magnesu Czerwone – dolna część Czarne – górna i dolna Dużo więcej torów w dolnej części Nr warstwy #

31 Trochę statystyki Wszystkie: procenty względem wszystkich przypadków numu CC Wszystkie: procenty względem wszystkich przypadków numu CC QE: procenty względem przypadków numu CC QE QE: procenty względem przypadków numu CC QE Outermost over 4 Outermost over 5 Outermost over 6 Wszystkie2.94%2.11%1.53% Z selekcją 60cm w TPC 1.97%1.43%1.02% j.w., tylko pierścienie #7 i 8 1.6%1.19%0.87% Outermost over 4 Outermost over 5 Outermost over 6 Wszystkie2.16%1.44%0.94% Z selekcją 60cm w TPC 1.48%1.02%0.67% j.w., tylko pierścienie #7 i %0.83%0.55%

32 Coś o kalibracji Wykorzystamy miony kosmiczne do sprawdzania różnych elementów detektora w czasie, gdy nie ma oddziaływań neutrin (pomiędzy impulsami wiązki) Wykorzystamy miony kosmiczne do sprawdzania różnych elementów detektora w czasie, gdy nie ma oddziaływań neutrin (pomiędzy impulsami wiązki) Kalibracja: czy działa, czy daje dobry sygnał, pozycjonowanie detektorów Kalibracja: czy działa, czy daje dobry sygnał, pozycjonowanie detektorów Na początku brak ECala – tym bardziej istotna rola SMRD Na początku brak ECala – tym bardziej istotna rola SMRD SMRD daje sygnał, że przeszedł mion (wymagamy koincydencji sygnałów ze scyntylatorów na przeciwległych ścianach magnesu) SMRD daje sygnał, że przeszedł mion (wymagamy koincydencji sygnałów ze scyntylatorów na przeciwległych ścianach magnesu) Częstotliwość takich sygnałów – kilka kHz Częstotliwość takich sygnałów – kilka kHz Sprawdzamy, czy odpowiednie detektory w środku również dają sygnał Sprawdzamy, czy odpowiednie detektory w środku również dają sygnał Możemy w ten sposób testować również scyntylatory SMRD Możemy w ten sposób testować również scyntylatory SMRD

33 Rozkład energii wchodzącego neutrina Czarna krzywa – wszystkie przypadki Czerwona – z cięciem na 60cm w TPC Niebieska – j.w. + dochodzące do SMRD All QE # # Energia neutrina[MeV]

34 Problemy z MC (dla urozmaicenia) Pion wyprodukowany w FGD trafił do kalorymetru elektromagnetycznego. Wskutek oddziaływania 3 neutrony wyskoczyły w różnych kierunkach. Jeden wpadł do SMRD, wyprodukował proton, który spowodował zaświecenie scyntylatora. Jednak MC przyporządkowało hit pionowi! the hit the pion POD FGD DStream ECal

35 Konkluzja – proponowane rozlokowanie modułów Wstępna propozycja, prace trwają Wstępna propozycja, prace trwają Wstępna tabela przygotowana przez Thomasa Kuttera z LSU Baton Rouge na podstawie analizy, którą tu pokazuję, i innych

36 Plan na przyszłość Rozwijanie symulacji Rozwijanie symulacji Prace nad rekonstrukcją przypadków Prace nad rekonstrukcją przypadków Testowanie scyntylatorów i SiPMów Testowanie scyntylatorów i SiPMów Instalujemy się w 2009 w Tōkai ( ) Instalujemy się w 2009 w Tōkai ( ) Ja – piszę doktorat:-) Ja – piszę doktorat:-)

37 Czym będę się zajmował w tym roku W eksperymencie T2K badamy m.in. pojawianie się neutrin elektronowych W eksperymencie T2K badamy m.in. pojawianie się neutrin elektronowych Sygnatura w SuperK – pierścień elektronopodobny (e-like) Sygnatura w SuperK – pierścień elektronopodobny (e-like) Tło – pizera z oddziaływań NC rozpadające się na dwie gammy. Gdy energia jest odpowiednio duża powstaje pierścień bardzo podobny do elektronowego Tło – pizera z oddziaływań NC rozpadające się na dwie gammy. Gdy energia jest odpowiednio duża powstaje pierścień bardzo podobny do elektronowego Potrzebne oszacowania tego tła Potrzebne oszacowania tego tła

38 Do szacowania tła będziemy używać bliskiego detektora pozaosiowego (P0D), a następnie ekstrapolować wyniki do SK Do szacowania tła będziemy używać bliskiego detektora pozaosiowego (P0D), a następnie ekstrapolować wyniki do SK Problem do zbadania – przypadki wielopionowe, w których jeden pion jest widoczny, a pozostałe są pod progiem na emisję światła Czerenkowa Problem do zbadania – przypadki wielopionowe, w których jeden pion jest widoczny, a pozostałe są pod progiem na emisję światła Czerenkowa Narzędzie – generator oddz. neutrin Nuance Narzędzie – generator oddz. neutrin Nuance Czym będę się zajmował w tym roku

39 Dodatkowe

40 Nasz udział Listopad 2006 – grupy polskie (Warszawa, Wrocław, Kraków - 6 instytucji, ok. 20 osób) oficjalnym uczestnikiem T2K (stacja nd280) Listopad 2006 – grupy polskie (Warszawa, Wrocław, Kraków - 6 instytucji, ok. 20 osób) oficjalnym uczestnikiem T2K (stacja nd280) Nasza grupa będzie brać także udział w eksperymencie NA49-Future (NA61 – SHINE?), którego elementem będzie testowanie tarczy T2K na wiązce w CERNie w celu głębszego zrozumienia wiązki neutrin, jaką będziemy dysponować w T2K Nasza grupa będzie brać także udział w eksperymencie NA49-Future (NA61 – SHINE?), którego elementem będzie testowanie tarczy T2K na wiązce w CERNie w celu głębszego zrozumienia wiązki neutrin, jaką będziemy dysponować w T2K IPJ/UW IPJ/UW Symulacje Symulacje Optymalizacja rozlokowania scyntylatorów SMRD w szczelinach Optymalizacja rozlokowania scyntylatorów SMRD w szczelinach Opracowanie procedury testowania gotowych scyntylatorów (z wklejonym włóknem) Opracowanie procedury testowania gotowych scyntylatorów (z wklejonym włóknem) PW PW Testowanie SiPMów Testowanie SiPMów

41 Oscylacje – 3 zapachy Zakładając Δ m 2 sol << Δ m 2 atm, Δ m 2 13 = Δ m 2 23 = Δ m 2 atm, Δ m 2 12 = Δ m 2 sol, δ=0 mamy dwa przypadki: atmosferyczny – małe L/E atmosferyczny – małe L/E słoneczny – duże L/E słoneczny – duże L/E Gdy θ 13 =0 (a jest na pewno małe), to… wzory redukują się do 2-zapachowych. (CHOOZ)

42 Produkcja wiązki Tło pochodzi z rozpadów mionów i kaonów: Monitor mionowy kontroluje kierunek wiązki poprzez rejestrację wysokoenergetycznych mionów (które nie zdążyły się rozpaść ani nie zostały zaabsorbowane)

43 Czy tylko bliski detektor? Problem: inny profil wiązki w bliskim detektorze! Trudniej oszacować właściwości wiązki w SK Detektor pośredni? Detektor pośredni?

44 Wiązka pozaosiowa (off-axis) OA3 OA1 OA2 νμνμ νeνe Strumień neutrin (OA2) liczba oddziaływań ν μ CC Tło dla oddziaływań neutrin elektronowych pochodzących z oscylacji!

45 Badanie pojawiania się v e Wybieramy przypadki jednopierścieniowe, typu e Wybieramy przypadki jednopierścieniowe, typu e Niepewność w eliminacji tła – 10% Niepewność w eliminacji tła – 10% Czułość na sin 2 2θ=0.006 przy 90%C.L. Czułość na sin 2 2θ=0.006 przy 90%C.L. Tu szukamy oszacowania na θ 13.

46 Incoming nu energy distributions Black – TPC dist cut + reaching smrd Red – at least 4 layers Blue – at least 5 layers Green – at least 6 layers All QE


Pobierz ppt "Optymalizacja detektora SMRD w bliskiej stacji eksperymentu T2K Paweł Przewłocki Warszawska Grupa Neutrinowa."

Podobne prezentacje


Reklamy Google