Poszukiwanie neutrin kosmicznych o najwyższych energiach Piotr Mijakowski

Plan wykładu Wyskoenergetyczne neutrina Metody detekcji AMANDA AMANDA – dotychczasowe wyniki

Źródła neutrin eV GeV TeV

Wysokoenergetyczne neutrina Źródło: arXiv:astro-ph/0203181, „Search for diffuse neutrino flux from astrophysical sources with MACRO”, The Macro Collaboration, 12 Marca 2002.

AGN Jety Czarna Dziura Dysk Akrecyjny

Detekcja neutrin Neutrina oddziałują słabo, snN ~ 10-44 cm2, odpowiada to średniej drodze swobodnej (w wodzie) ~ 3 000 lat świetlnych PRZEKRÓJ CZYNNY ROŚNIE Z ENERGIĄ !!! Promieniowanie Czerenkowa - Cząstka naładowana elektrycznie, v > c/n - Stożek: cosθ = c/(vn) - Wartość progowa: ~ 1.5 M

Stożek prom. Czerenkowa Sporadycznie, neutrino może oddziaływać z atomami ośrodka W wyniku oddziaływania może powstać mion (elektron, tau) Stożek prom. Czerenkowa mion Detektor oddziaływanie Mion emituje niebieskie światło, które może zostać zarejestrowane przez detektor neutrino

LC-130 Hercules

South Pole 2000 – Amanda II: 19 strun, 677 modułów optycznych 1995 – 4 struny 1997 - Amanda-B10: 10 strun, 302 moduły optyczne r = 60 m 130 dni pracy 200 natm, 1-2 natm/dzień 2000 – Amanda II: 19 strun, 677 modułów optycznych r = 100 m ~ 4 natm/dzień Obecnie: 24 struny, 750 modułów optycznych 3000 zarejestrowanych przypadków neutrin

(charged current) dla mionu: Oddziaływanie CC (charged current) dla mionu: nm + N  m + X

Predicted Atm. Neutrinos Reconstructed up-going Kosmiczne neutrina? Neutrina atm.(): 60/dzień Miony atm.: 8.6*106/dzień Lifetime: 130 days Observed Data Predicted Atm. Neutrinos Triggered 1,200,000,000 4574 Reconstructed up-going 5000 571 Pass Quality Cuts 204 273 Źródło: Francis Halzen (AMANDA Collaboration), dane z 1997 roku (Amanda-B10)

Diffuse flux muon neutrinos Źródło: Tsukuba. lipec 2003; arXiv:astro-ph/0306536, czerwiec 2003. 3·103 – 106 GeV: E2 (E) < 8.4 10-7 GeV-1 cm-2 s-1 sr-1 Spodziewane ograniczenie (dane z 2000 r) : ~ 3 10-7 GeV-1 cm-2 s-1 sr-1 AMANDA II (with 3 years data): ~ 10 X higher Sensitivity

Źródła punktowe Amanda II 697 zarejestrowanych przypadków nad horyzontem niebo podzielone na 300 obszarów (bins): (~7°x7°) rozdzielczość kątowa detektora ~2,4°

Źródła punktowe Amanda II Źródło deklinacja nobs nb 1997 2000 SS433 5.0o 2.38 - 0.7 M87 12.4o 0.95 17.0 1.0 Crab 22.0o 2 1.76 4.2 2.4 Mkn 421 38.2o 3 1.50 11.2 3.5 Mkn 501 39.8o 1 1.57 9.5 1.8 Cyg. X-3 41.0o 1.69 4.9 Cas. A 58.8o 1.01 9.8 1.2 ograniczenie na strumień w jednostkach 10-8cm-2s-1 @ 90% CL Źródło: arXiv:astro-ph/0309585, „Search for extraterrestrial point sources of neutrinos with AMANDA-II”, The Amanda Collaboration, 22 Września 2003.

Sygnał przy wyższych energiach? no indication of clustering also at higher energies ! increasing energy deposition Źródło: Francis Halzen (AMANDA Collaboration)

Podsumowanie wysokoenergetyczne neutrina kosmiczne – brak sygnału weryfikacja modeli teoretycznych neutrino astronomy particle physics + astronomy = particle astronomy perspektywy: Icecube, Antares http://amanda.uci.edu http://icecube.wisc.edu http://antares.in2p3.fr

South Pole Dark sector IceCube Planned Location 1 km east Skiway AMANDA IceCube Planned Location 1 km east

South Pole Dark sector IceCube IceCube: 80 struny, 4800 modułów optycznych do 2009 r. obszar 1 km3 ~ 300 neutrin atm./dzień 107 eV - 1020 eV (100 EeV) Dark sector AMANDA IceCube

Amundsen-Scott South Pole Station

The Counting House

Koniec

La-Seyne-sur-Mer, France Inne projekty ANTARES La-Seyne-sur-Mer, France BAIKAL Russia NEMO Catania, Italy DUMAND Hawaii (cancelled 1995) NESTOR Pylos, Greece AMANDA, South Pole, Antarctica

Northern hemisphere detectors Baikal NT200 Antares Nestor March 17, 2003 2 strings connected 2400 m deep completion: start 2006 March 29, 2003 1 of 12 floors deployed 4000 m deep completion: 2006 1100 m deep data taking since 1998 new: 3 distant strings

Optical Module Photomultiplier: 10 inch Hamamatsu Active PMT base Glass sphere: Nautillus Mu metal magnetic shield

Produkcja kaskad Kaskady Oddziaływanie CC dla neutrina elektronowego lub taonowego: (e,,) + N  (e, ) + X Oddziaływanie NC: x + N  x + X Kaskady

Detekcja e , ,  Kaskady elektromagnetyczne i hadronowe  15 m

Przypadek taonowy nt t PeV t (300m) rozpad t symulacja

Predicted Atm. Neutrinos Reconstructed up-going Kosmiczne neutrina? Kaskady (dane 2000) Neutrina atm.(): 60/dzień Miony atm.: 8.6*106/dzień Lifetime: 130 days Observed Data Predicted Atm. Neutrinos Triggered 1,200,000,000 4574 Reconstructed up-going 5000 571 Pass Quality Cuts 204 273 Źródło: Francis Halzen (AMANDA Collaboration), dane z 1997 roku (Amanda-B10)