Poszukiwanie efektów związanych z ciemną materią w eksperymencie

Slides:



Advertisements
Podobne prezentacje
Pomiary polaryzacji gluonów w eksperymencie
Advertisements

Anihilacja i kreacja materii
Kwasi-swobodna produkcja mezonów. starszak: Joanna Przerwa.
Metody Pomiaru Neutronów dla Tokamaków
Elementarne składniki materii
Badanie łamania symetrii T w rozpadzie B→Kφφ w eksperymencie LHCb
Fizyka neutrin – wykład 13-cz.1
Rodzaje cząstek elementarnych i promieniowania
Dlaczego badamy mezony η i η? Joanna Stepaniak Warszawa,
1 Charakterystyki poprzeczne hadronów w oddziaływaniach elementarnych i jądrowych wysokiej energii Charakterystyki poprzeczne hadronów w oddziaływaniach.
Czy ciemna materia jest supersymetryczna?
Nowe wyniki w fizyce zapachu
FABRYKI B DZIŚ I JUTRO FABRYKI B DZIŚ I JUTRO Maria Różańska – IFJ PAN 10 listopada 2006.
P.SzymańskiPrzekaz liczby barionowej 1 Przekaz liczby barionowej w zderzeniach hadron-hadron, hadron-jądro i jądro-jądro P.Szymański Zespół NA49.
Dariusz Bocian / 1 Seminarium ZFCE Warszawa, 1 kwiecień, 2005 Pomiar świetlności akceleratora LHC przy użyciu procesu dwufotonowego Dariusz Bocian Dariusz.
Wykład XII fizyka współczesna
Big Bang teraz.
Wykład III Fale materii Zasada nieoznaczoności Heisenberga
Nowe wyniki eksperymentu BOREXINO Kraków, 16 grudnia, 2008 Marcin Misiaszek, Instytut Fizyki UJ.
Forschungszentrum Jülich
Niepewności przypadkowe
Detekcja cząstek rejestracja identyfikacja kinematyka.
Ewolucja Wszechświata
FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych
, Prawo Gaussa …i magnetycznego dla pola elektrycznego…
Elementy Fizyki Jądrowej
Oddziaływania Elementy kwantowej elektrodynamiki (QED) Teoria Yukawy
Symetria CP Symetria CP – przypomnienie z wykładu 5
Oddziaływania słabe eksperymenty UA1, DELPHI Uniwersalność leptonowa
Unifikacja elektro-słaba
Bozon Higgsa oraz SUSY Bozon Higgsa
Neutrina z supernowych
Podstawy fotoniki wykład 6.
Marcin Berłowski, Zakład Fizyki Wielkich Energii IPJ
Karolina Danuta Pągowska
Badanie rozpadów mezonu  w eksperymencie WASA
Marcin Berłowski, Zakład Fizyki Wielkich Energii IPJ
Rekonstrukcja torów w komorze dryfowej część II Marcin Berłowski Pod opieką prof. dr hab. Joanny Stepaniak.
Rekonstrukcja torów w komorze dryftowej
Egzotyczne nuklidy a historia kosmosu
Co odkryje akcelerator LHC ?
Nowości w fizyce zapachu
z których jeden jest jądrem atomowym.
Dlaczego we Wszechświecie
Ewa Rondio Narodowe Centrum Badań Jądrowych Warszawa, RADA DO SPRAW ATOMISTYKI.
Reakcje jądrowe Reakcja jądrowa – oddziaływania dwóch obiektów, z których przynajmniej jeden jest jądrem. W wyniku reakcji jądrowych powstają: Nowe jądra.
Agnieszka Ilnicka Opieka: dr Joanna Kiryluk prof. Barbara Badełek
Akcelerator elektronów jako źródło neutronów
O możliwości istnienia cząstek ciemnej materii o masach rzędu MeV.
Historia Późnego Wszechświata
1 Pomiary oddziaływań w eksperymencie Miniboone Uniwersytet Warszawski Magdalena Posiadała.
Fizyka cząstek 5: Co dalej? Brakujące wątki Perspektywy Astrocząstki.
Wczesny Wszechświat Krzysztof A. Meissner CERN
Cząstki i siły tworzące nasz wszechświat Piotr Traczyk IPJ Warszawa.
Krzysztof M. Graczyk IFT, Uniwersytet Wrocławski
Poszukiwania łamania CP w wielociałowych rozpadach mezonów D A.Ukleja Charm mixing and CPV at LHCb25/07/20141 PLB 728 (2014) 585 f 0 (980)  f 2 (1270)/f.
Treści multimedialne - kodowanie, przetwarzanie, prezentacja Odtwarzanie treści multimedialnych Andrzej Majkowski informatyka +
NIEZACHOWANIE ZAPACHÓW LEPTONÓW NAŁADOWANYCH Tadek Kozłowski IPJ.
Poznawanie i modelowanie Wszechświata Marek Demiański Instytut Fizyki Teoretycznej Uniwersytet Warszawski.
Elektrostatyka.
Fizyka cząstek V: Co dalej? Perspektywy Astrocząstki.
Budowa atomu Poglądy na budowę atomu. Model Bohra. Postulaty Bohra
Poszukiwania wierzchołków oddziaływań w detektorze ICARUS Krzysztof Cieślik IFJ PAN Kraków Kraków
Co i gdzie się mierzy Najważniejsze ośrodki fizyki cząstek na świecie z podaniem ich najciekawszych wyników i kierunków przyszłych badań Charakterystyka.
Urządzenia do rejestracji cząstek
Fizyka neutrin – wykład 11
Fizyka neutrin – wykład 5
Oddziaływania relatywistycznych jąder atomowych
Promieniowanie Słońca – naturalne (np. światło białe)
Cząstki fundamentalne
Zapis prezentacji:

Poszukiwanie efektów związanych z ciemną materią w eksperymencie WASA@COSY Marcin Berłowski

Plan prezentacji Motywacja WASA@COSY Układ doświadczalny Wyniki Przyszłość

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

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=10-200 MeV [arXiv:hep-ph/0607094]

γcτ~1mm(γ/10)(10-4/ε)2·(100MeV/mU) Ciemna materia Droga, czas życia: γcτ~1mm(γ/10)(10-4/ε)2·(100MeV/mU) Ograniczenia w przestrzeni ε vs mU pochodzące z wielu różnych eksperymentów: od astrofizyki poprzez eksp. typu beam-dump i rozpady cząstek aż do pomiaru stałych fizycznych arXiv:1104.2747

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

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

Eksperyment WASA@COSY Pierścień akumulujący o obwodzie 184 m dla protonów i deuteronów Cząstki o Emax=3,7 GeV Duża świetlność (do 1032 cm-2s-1)

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

Detektor przedni

Detektor centralny

Ciekła tarcza Zestalony wodór lub deuter Częstotliwość 8-10 kHz Średnica kropel 25-35 μm Rozpędzane do prędkości 80 m/s COSY

Komora dryfowa 1738 rurek w 17 warstwach Średnica rurek od 4 do 8 mm Wypełnione CO2 i argonem Pole magnetyczne 1 Tesli Zasada działania:

Kalorymetr elektromagnetyczny Pokrywa większość przestrzeni kątowej 1012 kryształów CsJ(Na) długości od 20 do 30 cm (~16 X0)

Wyniki

Dane pp→ppπ° Zebrane były przy energii 550 MeV (poniżej progu na produkcję π+π-) Dwa tygodnie naświetleń Największa światowa próbka 5·105 rozpadów π°→γe+e- (SINDRUM ~105) Szukano U→e⁺e⁻ w widmie e+e- z π°→γe+e- Opublikowano limit na U→e⁺e⁻ w Phys. Lett. B 726 (2013), 187

Sygnatura bozonu U (symulacja) Masa U = 200 MeV Masa U = 100 MeV BR(η → γU) = 10⁻⁴, BR(U → e⁺e⁻) = 1

Rozpad Dalitza mezonu π° · Dane --- MC suma --- MC π⁰ → e⁺e⁻γ (BR=1,2%) --- MC konwersja zewnętrzna --- MC π⁰ → e⁺e⁻γ plus fałszywe e⁺ z π⁺ „Search for a dark photon in π⁰ → e⁺e⁻γ decay” [arXiv:1304.0671]

Stała sprzężenia ε2 vs masa bozonu U „Search for a dark photon in π⁰ → e⁺e⁻γ decay” [arXiv:1304.0671]

Mezon  Masa ok. 550 MeV/c2 Duża masa (w porównaniu z mezonami ) związana z domieszką kwarków dziwnych Długi czas życia, gdyż wszystkie kanały rozpadu są w jakiś sposób zabronione

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:0704.3498]

Rozpady leptonowe mezonu  Częstość rozpadów: → 39% eksp →e+e- ~0,7% eksp →e+e- ~?10-9? teor Rozpad →e+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

Zebrane dane i system wyzwalania Dane zbierano jesienią 2008 w reakcji pp→pp 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

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

Dane pp→pp(→) IMγγ MMpp Przypadki dwufotonowe Służył wyznaczeniu normalizacji πº η Dane MMpp η

→ Dane MC ~5,9·107 η η πº Liczba wyprodukowanych mezonów η równa: z błędem systematycznym 15%

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

Przypadki z małymi masami pary e+e- pp→pp(→e+e-) πº η η Dane Przypadki z małymi masami pary e+e-

Konwersja fotonów w rurze wiązki 60 mm Dane MCeeγ MCγγ

Konwersja fotonów w rurze wiązki + Dane --- MC η→γγ --- MC η→e⁺e⁻γ --- MC suma Rozkłady masy niezmienniczej par e+e- pochodzących z danych, przed i po redukcji konwersji

→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

Poszukiwanie →e+e- - spodziewane procesy tłowe pp→pp+- 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 pp→p∆(1232)→pp(*→e+e-) Taki sam stan końcowy jak w naszej reakcji Udział innych procesów fizycznych okazał się nieznaczący w porównaniu z powyższymi reakcjami

Poszukiwanie →e+e- - sygnatura reakcji (symulacja) X MC pp→pp+- pp→pp(→e+e-) Przykład sposobu rozróżniania elektronów od pionów na podstawie ich depozytu energii w kalorymetrze elektromagnetycznym

Analiza – ostateczne wyniki Nie znaleziono żadnego przypadku →e+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)

Podsumowanie i trochę o przyszłości... Zebrano próbki odpowiadające ~6·107 rozpadów mezonu  oraz ~109 rozpadów neutralnych pionów Zaobserwowano i zmierzono kilka różnych leptonowych kanałów rozpadu mezonów  i π° Wyznaczono lepsze limity na stosunek rozgałęzień →e+e- oraz ograniczenie na ε dla bozonu U Praca o U w π⁰→e⁺e⁻γ została opublikowana, w przygotowaniu jest artykuł podsumowujący wyniki uzyskane w doktoracie Analiza większej statystyki (x8) rozpadów mezonu  oraz π⁰ (x4) jest i będzie kontynuowana

Dziękuję za uwagę...