1 / 42

W yniki eksperymentu B OREXINO po 192 dniach pomiarów

W yniki eksperymentu B OREXINO po 192 dniach pomiarów. Marcin Wójcik Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński. Zagadnienia. Słońce jako źródło neutrin Potencjał poznawczy BOREXINO Detektor B OREXINO Analiza sygnału Aktualny wynik pomiaru strumienia neutrin 7 Be i 8 B.

beck-russell
Download Presentation

W yniki eksperymentu B OREXINO po 192 dniach pomiarów

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Wyniki eksperymentu BOREXINO po 192 dniach pomiarów Marcin Wójcik Instytut Fizyki, Uniwersytet Jagielloński Warszawa, 28 listopada 2008

  2. Zagadnienia • Słońce jako źródło neutrin • Potencjał poznawczy BOREXINO • Detektor BOREXINO • Analiza sygnału • Aktualny wynik pomiaru strumienia neutrin 7Be i 8B Warszawa, 28listopada 2008

  3. Słońce jako źródło neutrin Założenia SMS: - Równowaga termiczna i hydro- statyczna - Radiacyjny transport energii - Termojądrowe źródło energii Obserwable: Masa: 1.991030 kg Wiek: 4.57109 lat Promień: 6.96108 m Moc: 3.841020 MW Powierzchnia: Ts = 5780 K, H: 73 % He: 25 %, Z>2: 2 % Centrum: Tc = 15.8106 K, H: 33.3 % He: 64.6 %, Z>2: 2.1 %  = 1.6105 kg/m3

  4. Termojądrowe źródło energii Cykl pp Cykl CNO

  5. Widmo neutrin słonecznych

  6. BOREXINO: kolaboracja

  7. BOREXINO: lokalizacja (LNGS)

  8. BOREXINO: fizyka Słońca • Obserwacja niskoenergetycznych neutrin słonecznych w czasie rzeczywistym • Obserwacja neutrin 7Be:  10 % całkowitego strumienia • Pierwszy pomiar strumienia -7Be z dokładnością 1 % (~35 /dzień). Test SMS oraz modelu oscylacji neutrin (LMA) • oddziaływania niestandardowe np.  z materią słoneczną → zmiana kształtu krzywej materia-próżnia? • roczna modulacja sygnału (7 %)? Jej brak – inne oscylacje niż LMA na drodze 106 km? • długoczasowe zmiany sygnału (nie roczne) wskazujące na nieznane procesy w jądrze słonecznym • Pomiar neutrin pep (~1 /dzień) – bezpośrednio powiązane z neutrinami typu pp • Pomiar neutrin pp z „górnej części„ widma • Pomiar neutrin typu CNO (~1 /dzień) może rozstrzygnąć o metaliczności

  9. Pee dla różnych rozwiązań LMA LMA-1 – standardowe oscylacje w materii θ=340, m28·10-5 eV2 LMA-0, LMA-D – dwa z kilku niestandardowych modeli LMA O.G. Miranda et al., Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.) 145 (2005) 61-64

  10. Pee przed BOREXINO

  11. Neutrina CNO a metaliczność

  12. BOREXINO: fizyka Supernowych Galaktyczna Supernowa: • 10 kpc • 31053 ergów

  13. BOREXINO: fizyka antyneutrin Baza ≥ 800 km Należy oczekiwać uśrednionego sygnału od antyneutrin reaktorowych

  14. BOREXINO: fizyka geoneutrin Oczekiwane widmo (cpy) KamLAND: Nature 436 (2005) 499-503.

  15. BOREXINO: budowa detektora • Fiducial Volume (FV) – softwarowo wydzielona kula scyntylatora o masie 78.5 tony (z 278 ton) • FV otoczona wieloma koncentrycznymi warstwami osłony biernej absorbującymi promieniowanie zewnętrzne, również od komponentów detektora • Wszystkie materiały - lecz głownie scyntylator - muszą posiadać nieosiągalną dotychczas czystość • Oczekiwany sygnał bez oscylacji: 50 /(d·100 t)  610-9 Bq/kg • Woda pitna  10 Bq/kg • Scyntylator, jego pojemnik (nylon), ciecz buforowa po napełnieniu detektora zawierają o 10 RZĘDÓW mniej izotopów promieniotwórczych, niż cokolwiek na Ziemi!

  16. BOREXINO: budowa detektora Detekcja elastycznego rozpraszania neutrin na elektronach.

  17. Ciekły scyntylator PC + PPO

  18. BOREXINO: wymagana czystość LS Oczekiwany sygnał(7Be): ~35 /dzień (LMA) Przyczynek tła≤1 zdarzenie/dzień

  19. BOREXINO:fazy napełniania Detektor napełniony scyntylatorem Detektor napełniony ultra-czystym azotem Detektor napełniony ultra-czystą wodą Napełnianie zakończono 15.05.2007, 11:25

  20. Zagadnienia • Słońce jako źródło neutrin • Wyni • Detektor BOREXINO • Badanie i dobór materiałów • Analiza sygnału • Aktualny wynik pomiaru strumienia neutrin 7Be

  21. Niskie tło jest kluczowe • Oczyszczanie scyntylatora: • Ekstrakcja wodna • Destylacja próżniowa (80 mbar, 90-95 oC) • „Przepłukiwanie” ultra-czystym azotem • Filtrowanie • Ultra-czysty N2: • 222Rn < 7 Bq/m3 LN2 produkowany we współpracy z fizykami • Ar < 0.005 ppm, Kr < 0.02 ppt LAKN wytwarzany przez fizyków • Ultra-czysty nylon: • 226Ra < 0.5 Bq/m2 aktywność powierzchniowa Ra • 226Ra < 10 Bq/kg aktywność właściwa Ra • Zmiana DRn o 103 dla wilgotności nylonu 0-100% • Ultra-czysta woda: • 222Rn ~ 1 mBq/m3 • 226Ra < 0.8 mBq/m3

  22. Jak osiągnąć niskie tło? • PC specjalnie produkowany: • Ropa naftowa ze starego złoża • Specjalna stacja pomp do napełniania specjalnych cystern • Specjalne stanowisko w tunelu w LNGS do „rozładunku” PC • Komponenty detektora specjalnie oczyszczane: • Wnętrze detektora, cysterny transportowe, zbiorniki, rurociągi, aparatura – czyszczone kwasami i ultra-czystą wodą • Wnętrze detektora: klasa 10-10000 • Budowa pojemnika scyntylatora (IV) – klasa 100, Princeton • Wnętrze stalowej sfery – klasa 10 000 • Szczelność próżniowa detektora i aparatury: • <10-8 cm3s-1 bar • Aparatura wypełniana HPN / LAKN

  23. BOREXINO: charakterystyka tła • Triger: 15 zdarzeń/s, głównie 14C • miony w scyntylatorze i buforze: 0.055/s (5000/d) • 14C: 14C/12C  2.7·10-18 • 222Rn: opóźniona koincydencja /α: 214Bi/214Po, τ = 236 s, 2 zdarzenia/(d·100 ton) → 238U jest na poziomie 2·10-17 g/g. • 220Rn: opóźniona koincydencja /α: 212Bi/212Po, τ = 433 ns → 232Th jest na poziomie 2.4·10-18 g/g • 210Po: 9 zdarzeń/(d·1 t), znacznie mniej 210Bi niż 210Po, 210Po eliminowany cięciem α/ (Gatti cut) • 85Kr: opóźniona koincydencja /, 85Kr/85mRb, τ = 1.46 s, BR = 0.43 %, 85Kr = (29 ± 14) zdarzeń/(d·100 ton) (90 % C.L.) • 210Bi: brak sygnatury, wolny parametr

  24. Zagadnienia • Słońce jako źródło neutrin • Detektor BOREXINO • Badanie i dobór materiałów • Analiza sygnału • Pierwszy wynik pomiaru strumienia neutrin 7Be

  25. Akwizycja i struktura danych

  26. t2 t3 t1 t4 t5 x0 t6 • Algorytmy do rekonstrukcji pozycji zdarzeń oparte są o metodę największej wiarygodności, którą poszukuje się najbardziejprawdopodobnego miejsca emisji fotonów. • Zakładamy próbną pozycję zdarzenia x0 • Obliczamy tof (czas przelotu) dla każdego fotonu • Odejmujemy tof od każdego ti • Porównujemy otrzymany rozkład t'i z oczekiwanym rozkładem fotonów emitowanych ze scyntylatora • Algorytm przeszukuje inne pozycje x0 dopóki nie znajdzie pozycji dla której dopasowanie jest najlepsze ti = const + tofi + t'i tofi = n/c * di(xi,yi,zi) (xi,yi,zi)‏ t'i ti

  27. Zdolność rozdzielcza rekonstrukcji pozycji • 14 ± 2 cm dla zdarzeń 214Bi-214Po (dwa zdarzenia, jedna pozycja) • 41 ± 6 cm dla 14C (jednorodny rozkład ~ r2dr)‏ Rozkład zdarzeń 14C Rozkład zdarzeń 214Bi-214Po

  28. Quenching L kB = 0.0 kB = 0.017 Widzialna (wypromieniowana) energia Light yield 500 p.e. / MeV Ilość zarejestrowanych fotonów na wszystkich fotokatodach BOREXINO npe = L [MeV] * 500 [pe/MeV] Energia kinetyczna elektronu [MeV]

  29. Własności detektora

  30. BOREXINO: 192 dni pomiarów

  31. Analiza widma

  32. Sygnał neutrin typu 7Be

  33. Moment magnetyczny 

  34. Strumień  8B, E > 2.8 MeV

  35. Dyskryminacja -

  36. Kalibracja E – specjalne źródła

  37. Źródła kalibracyjne Dioda Źródło Obciążnik

  38. Urządzenia kalibracyjne

  39. Węgiel 11C 11C:  + 12C → 11C + n +  wychwyt n →  (2.2 MeV) 11C → 11B + e+ + e T1/2 = 20.4 min Emax = 1.0 MeV 11C – eliminacja pozwoli mierzyć strumienie neutrin pep i CNO – byłby to pierwszy pomiar tych strumieni !!!

  40. Podsumowanie • BOREXINO od początku był projektowany i konstruowany jako detektor niskotłowy! • 15 lat badań – wiele rozwiązań wykorzystano w innych eksperymentach. • Rejestracja neutrin 7Be, pp, pep, CNO o energiach < 2 MeV w czasie rzeczywistym • Program pomiaru strumienia geoneutrin • BOREXINO może zaobserwować supernową • Pomiar momentu magnetycznego neutrina na poziomie 5·10-11Bprzy użyciu sztucznego źródła neutrin (51Cr, E = 751 keV) (obecnie < 10-10B) • Poszukiwanie 02 (130Xe, 150Nd) • Ultra-niskotłowy Detektor BOREXINO o masie 300 t

More Related