XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real

1. EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS DEL TELESCOPIO DE NEUTRINOS ANTARES HAROLD YEPES RAMÍREZ IFIC – Instituto de Física Corpuscular (CSIC - UV) Valencia, España Colaboración ANTARES XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real

2. Muón de 1.2 TeV atravesando el detector (SIMULACIÓN)) CONTENIDO • El detector de neutrinos ANTARES. • Sistemas de calibración temporal en ANTARES. • Propiedades ópticas del medio usando el sistema de calibración de balizas ópticas.

3. 14.5 m 45° Piso 100 m Caja de unión Cables de unión 2500 m de profundidad ~60 m EL DETECTOR DE NEUTRINOS ANTARES • Matriz 3D de ~ 900 PMTs. • 12 Líneas de detección. • 25 Pisos / Línea. • 3 PMT / Piso (OM  Electrónica + PMT) • A 40 km de la costa de Toulón (Francia). • A 2.5 km de profundidad – 42º50’N 6º10’E. ¡ DETECTOR COMPLETO Y TOMANDO DATOS ! XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real Esquema horizontal 3

4. nm m W N X p  atm SNR GRB p m - cuásares AGN  EL DETECTOR DE NEUTRINOS ANTARES • Interacción de nmgenera m ultrarelativista (ne y nt pueden generarse). • Fondo Físico: Interacciones de rayos cósmicos (matm y natm). • Fondo Óptico: Bioluminiscencia, desintegración de 40K. PRINCIPALES OBJETIVOS: Astrofísica de n de alta energía (SNRs, m-cuásares, AGNs, GRBs, …). Búsqueda de nueva física (Materia oscura, monopolos, …). XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real 4

5. CALIBRACIÓN TEMPORAL Limitaciones: • TTS del PMT (s ~ 1.3 ns). • Propiedades ópticas del agua (s ~ 1.5 ns). • ~ 1 ms para correlacionar señales de n detectadas con eventos astrofísicos transitorios (GRBs, Magnetars, etc.). Limitaciones: • Caminos electro – ópticos (tiempo de propagación entre estación de control y detector). Dispositivos de calibración • Otras contribuciones (electrónica, DT de propagación desde distintos OMs, …), s < 0.5 ns  Permitir resolución angular esperada (mejor que 0.3º para En > 10 TeV). Funcionamiento deseado SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES RESOLUCIÓN TEMPORAL ABSOLUTA (fijar un tiempo universal para cada suceso) RESOLUCIÓN TEMPORAL RELATIVA (Entre unidades de detección) RESOLUCIÓN ESPACIAL (posicionamiento acústico) (Requiere resolución mejor que 10 cm) 5

6. E/O/E GPS Start-Stop TX RX Conversor digital de tiempo (TDC) Start -Stop Cable MEOC (42 km) 1549 nm1532 nm Linea 25F 5S LCM tarjetas de reloj Divisor óptico (JB) Cable (fibra) de enlace (200m-500m) Cable EMC 1550 nm1310 nm SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES CALIBRACIÓN ON-SHORE: CALIBRACIÓN CON SISTEMA DE RELOJ Objetivo:proporcionar un tiempo de referencia común a todos los OMs (incertidumbre ~ 200 ps  cumple requerimientos en resolución temporal absoluta). CALIBRACIÓN CON LASER A TRAVÉS DE FIBRA ÓPTICA Objetivo:desfases temporales (time offsets) entre OMs, (s ~ 0.6 ns). CALIBRACIÓN IN-SITU: CALIBRACIÓN CON LED INTERNO EN OM Objetivo:monitorizar el TT del PMT midiendo la diferencia temporal desde la emisión del pulso de luz y el tiempo que es registrado por el PMT (s ~ 0.5 ns). XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real 6

7. 60 m LINEA 60 m F21 300 m e- (bdecay) 300 m 40K F15 40Ca γ F9 F2 SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES CALIBRACIÓN CON 40K Objetivo:método independiente para verificar los offsets relativos basado en análisis de coincidencias entre OMs (s ~ 0.7 ns). 4LED Beacons(LOB) por línea  iluminar OMs en pisos superiores de la misma línea. 36 LED azules en cada LOB distribuidos en grupos de 6 en diseño hexagonal (rise time ~ 2 ns). Emisión de luz independiente y/o conjunta a diferentes intensidades (~ 150 pJ). LÁSERde estado sólido capaz de emitir pulsos de luz cortos e intensos (1 mJ). Rise time ~ 0.33 ns. Ubicados en las bases de las L8 y L7. Calibración entre líneas de OMs en los pisos más bajos. Realizar verificaciones con el sistema de posicionamiento acústico. CALIBRACIÓN CON EL SISTEMA DE BALIZAS ÓPTICAS (Optical Beacons) Fuentes rápidas de luz pulsada de tipo LEDy LÁSERcon un tiempo de emisión bien conocido. Objetivos:calibración temporalin - situ del detector (resolución temporal, offsets relativos entre OMs), estudiar propiedades ópticas del agua. XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real 7

8. LED BEACON e- (bdecay) 40K 40K RMS = 0.7 ns σ = 0.4 ns 40Ca γ LED BEACON – 40K SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES 40K – LED BEACONS (LÍNEAS 1 – 5) RESOLUCIÓN TEMPORAL Resolución temporal en ANTARES. Evolución de la resolución temporal (diferencia de tiempos LOB - OM). Las fluctuaciones no excedieron los 0.35 ns (45 días). CORRECCIÓN DE OFFSETS Los offsets calculados con LED Beacons son validados por el 40K Diferencia de offsets on-shore e in–situ (10L). Se verifica la resolución iluminando un PMT cercano (única incertidumbre  electrónica). XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real 8

9. Coseno promedio de distribución global (1-) = probabilidad de scattering por partículas suspendidas PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS PROPAGACIÓN DE FOTONES EN AGUA Longitud de absorción Longitud de scattering Distribución angular de scattering Longitud de atenuación Longitud de atenuación efectiva Fuente isótropa de fotones con intensidad I0, el campo de fotones I medido por un PMT con área efectiva A, a una distancia R es: XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real 9

10. LINEA F25 ROB-OM ~ 102 m ROB-OM ~ 183 m F3 F2 PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS DISEÑO EXPERIMENTAL DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE HITS EN PMTs Cortes de calidad (pérdidas de carga, fluctuaciones de ruido, correcciones de carga) Representar la carga (Q) colectada como función de la distancia (R) Medir intensidad de luz (carga Q colectada en una ventana de 1000 ns) colectada en PMTs de pisos superiores XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real Un solo LED del LOB del F2 ilumina pisos superiores Parte derecha de la distribución  influencia de scattering. A mayor distancia mayor fluctuaciones de ruido. 10

11. PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS MC RÁPIDO: RELACIÓN EXISTENTE ENTRE LOS VALORES DE L Y LAS PROPIEDADES ÓPTICAS DEL AGUA AJUSTE EXPONENCIAL • Variar Lsca(30 m – 60 m), <cosq> (0.767, 0.897) a Labs fija (60 m). Observar valores para L. VALORES MEDIDOS DE L Y RESULTADOS MC El valor para L obtenido con el fit exponencial está siempre entre: Latt < L < Labs En ausencia de scattering: L = Labs Para un haz colimado: L = Latt Puede sugerirse a L como un límite inferior de la Labs. ¡ PRELIMINAR! XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real 11

12. CONCLUSIONES • ANTARES ha sido completado, está funcionando y haciendo física (CF CHARLA JP GÓMEZ). • Elsistema de Optical Beaconsha medido la resolución temporal del detector (s < 0.5 ns). • El sistema de Optical Beaconspermite medir los time offsets in situ y corregirlos. Los resultados han sido confirmadospor análisis de coincidencias de 40K. • Con los offsets corregidos y la resolución temporal relativa verificada, la precisiónangulardel detector (< 0.3º)para neutrinos de alta energía puede ser alcanzada. • EL sistema de Optical Beacons también permite la estimación de las propiedades ópticas del agua. En particular, se puede establecer un límite inferior a la longitud de absorción de L ~ 60 m. • Estudios en cursopara estudiar la evolución de la longitud de absorción y optimizar la estimación de los errores. XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real