1 / 43

От установки Тунка к гамма-телескопу Тунка- HiSCORE:

От установки Тунка к гамма-телескопу Тунка- HiSCORE:. Кузьмичев Л.А. (НИИЯФ МГУ) от коллаборации Тунка Зацепинские чтения, ФИАН, 7 июня 2013. План доклада Тунка-133 – статус 2013 и основные результаты : Энергетический спектр Массовый состав

biana
Download Presentation

От установки Тунка к гамма-телескопу Тунка- HiSCORE:

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. От установки Тунка кгамма-телескопу Тунка- HiSCORE: Кузьмичев Л.А. (НИИЯФ МГУ) от коллаборацииТунка Зацепинские чтения, ФИАН, 7 июня 2013

  2. План доклада • Тунка-133 – статус 2013 иосновные результаты : • Энергетический спектр • Массовый состав • Сцинтилляционные детекторы • Поиск гамма-квантов высоких энергий • 2. Гамма-астрономия высоких энергий – главные проекты • 3. Гамма-телескоп Тунка-HiSCORE. • Основные направления исследований. • Методика регистрации и реконструкции событий. • Конструкция установки. • - .Первые результаты

  3. Установка Тунка-133: 175 оптических детектора на 3 км2 1 км

  4. Энергетический спектр ( за 3 сезона) . The power law index at E0>1017 is similar to that obtained by the Giant Experiments: TA, HiRes, Auger.

  5. Сравнение с другими экспериментами . • Agreement with KASCADE-Grande • Agreement with old Fly’s Eye, HiRes and TA spectra.

  6. <Xmax> vs. E0 Agreement with HiRes-MIA and Auger results at 1017 – 1018 eV

  7. EXPERIMENT:MEAN <lnA> vs. E0

  8. ANALYSIS of Xmax DISTRIBUTION Fit with weighted sum of 4 group MC simulated distributions: Fe, CNO, He, p Energy spectrum of these group : will be presented at ICRC-2013

  9. Сцинтилляционные детекторы Сцинтилляционная пластина (800х800х40) Конус ФЭУ XP3462 384 комплекта

  10. Сцинтилляционные детекторы Наземные станции Подземные станции

  11. Поиск гамма-квантов высоких энергий • 5 1016 - 5 1017 эВ - только с помощью сцинтилляторов • Безмюонные ливни ШАЛ-МГУ ? • Гамма-кванты от распада космологических фотонов ( Рубцов и др) • 2. 1015 - 1016 эВ черенковская установка + мюонные детектор

  12. Диапазон 1 – 10 ПэВ E ·F(>E) ~3 10 -11 erg / cm2 sec If IceCube see PeV Galactic neutrino then we should see PeV gamma -rays 28 events Fop et al : arXiv: 1305.6606 Flux from one source: E ·F(>E) ~ 10 -12 erg / cm2 sec With muon ( 2º) Only cascade ( 15 º)

  13. 200-600 muons for 30 TeV for pronots 100 times more muons for 3 Pev With 100 m2 muon detectors 2-6 muons – possible to separate gamma from proton • Decreasing Tunka-133 energy thershold ( changing plex) • Increasing accuracy of Tunka clusters synchronization • Increasing accuracy of angle reconstruction

  14. Гамма-астрономия высоких энергий • ТэВных источника • 1873 ГэВных источника

  15. Проекты (высокие энергии) • Международные: • CTA ( 2017-18) - ~150 млн. Евро (?) • 2. HAWC (2014) - ~30 млн. долларов • 3. LAWCA (2015) ~30 млн. долларов • 3. LHAASO (2013-2018) ~150 млн. долларов • Российские: • Тунка- HiSCORE • 2. 5@5 (А.М.Быков и др.) Для исследования диапазона энергий >20-30 ТэВ нужны широкоугольные установки с площадью 10 -100 км2 . Проект Тунка- HiSCORE показывает как можно сделать такую установку в разумное время и за разумные деньги

  16. Тunka-HiSCORE:wide-angle Cherenkov gamma-observatory Area : from 1 to 100 km2 FOV ~ 0.6 ster( ± 30° ) Energy threshold ~ 20 TeV Total cost ~ 50 ·106 Euro HiSCORE – Hundred* i Square-km Cosmic Origin Explorer

  17. CollaborationTunka-HiSCORE Germany Russia Hamburg University(Hamburg) MSU(SINP)( Moscow) DESY (Zeuthen) ISU (API) (Irkutsk) MPI (Munich) INR RAS (Moscow) IZMIRAN (Troitsk) JINR (Dubna) MEPHI (Moscow) ASU (Barnaul) IKFIA(Yakutsk)

  18. Main Topics Gamma-ray Astronomy Search for the PeVatrons. VHE spectra of known sources: where do they stop? Absorption in IRF and CMB. Diffuse emission: Galactic plane, Local supercluster. Charged cosmic ray physics Energy spectrum and mass composition from 1014 to1018 eV. 107events (in 1 km2 array) with energy > 1014eV per one season (400 hours). Particle physics Axion/photon conversion. Hidden photon/photon oscillations. Lorentz invariance violation. pp cross-section measurement. Quark-gluon plasma.

  19. Методика регистрации и реконструкции событий

  20. Methodical approaches for 3 stages • Shower front and LDFsampling technique (at the first stages). • Angular resolution – 0.1 deg, • Xmax measurement for hadron rejection. • Using of small mirrors net with cheap matrix of PMTs for imaging technique. • 3. Using of large area muon detectors for hadron rejection.

  21. Tunka-HiSCORE – 1 km2 1 stage 150 m 9352KB 8’’, ET

  22. Энергетический порог черенковских установок Черенковкий импульс на световом фоне ночного неба • Sд – площадь ФЭУ • - квантовая эффективность. • Pф – поток черенковских • фотонов • T - длительность импульса •  - угловая апертура • Iф – фон ночного неба •  2.1012 T Sд•Pф • Сигнал 5 = шум  •Sд •Iф•T Pф~ E - энергия  Iф•  •T Eпор~ фотон  Sд •  м2 сек 1 Для Sд~ 0.1 м2 и0.1 : Eпор  100 ТэВ

  23. Пути понижения порога Eth ~ ( Sdet.η)-1/2(Tsignal )1/2 • Использование конусных светосборников - площадь ФЭУ увеличивается • в 4 раза ( K = 1/ sin2 (tet) tet=30° - K =4 ) • Аналоговое суммирование сигналов в одной станции S увеличивается • в n раз ( n – число ФЭУ в станции) n =4 • Уменьшение Tsignalдо 7-10 нс • 4. QE max = 35-40% • 5. Увеличение чувствительности ФЭУ к ультрафиолетовому свету - покрытие • шифтерами - в 1.5 -2 раза.

  24. Угловое разрешение E = 25 TeV Джиттер в 1 нс – 0.1 град ( база в 150 м) для плоского фронта Фронт – конусный – угол раствора 179 град – без определения оси ливня точность около 1 град. Восстановление угла только по временам при фиксированном угле конуса ( установка Themistocle) по 5 детекторам.

  25. Узкоугольный ( FOV -0.05 стер) черенковкий детектор Один ФЭУ (20 см диаметра) или Матрица ФЭУ Угол обзора ±7-10 градусов Зеркало, площадь 2 м2 Ожидаемая стоимость: ~ 0.5 млн. руб за станцию (зеркало + механика слежения) Фрагмент зеркала на основе пенополиуретана для детектора (ОИЯИ)

  26. Tunka-HiSCORE – 1 km2 stage 3: 10000 m2 muon detectors (1% of array area) 30 TeV proton – 2-6 muons Rejection of hadron background by 10 times at 20-30 TeV Scintillation detectors developed in Mephi

  27. Конструкция установки • Оптическая станция • 2. Система сбора

  28. Оптическая станциягамма-телескопа

  29. Фотоумножитель • R5912 (Hamamatsu) ( 8’’) • QE max - 23-25% • 2. 9352 KB (Electron Tube) (8’’) • 6 динодов • Диноды из CuBe • Цена 1300 евро, 1000 ФЭУ в год • R7081 (10”) QE max - 35-40% • 5000 евро • 4. R11780 ( 12’’) QE max - 35-40% • сейчас – 10000 евро , будет • снижена до 5000 евро • 5. В настоящее время обсуждается • также возможность производства • фотоумножителя с полусферическим • фотокатодом большой площади • на предприятии МЭЛЗ-ФЭУ в Москве.

  30. Современное состояние3 станции с осени 2012

  31. 200 m 3 150 m Станции Гамма-телескопа 2 1 4 150 150

  32. Calibration light source 4 PMTs Station Electronics

  33. Интегральный темп счета станции : 5 Гц Расчет : Q eff = 0.07 T = 25 нс Q eff = 0.07 Q мах = 0.16

  34. 1 2 100 TeV 30 TeV 1 : Q eff =0.07 T =25 ns 2: Q eff =0.10 T=10 ns

  35. Tunka-HiSCORE – 1km2 2 stage 600 mm 150 m R11780 12’’ или R7081 10” Hamamatsu

  36. N hit≥ 5 detectors Efficiency 100% 20 TeV 1-st stage 50 TeV 10% 2 stage 1%

  37. Tunka-HiSCORE – 1km2 2’ stage 600 mm 150 m 300 m Installing matrix of PMT, Image technique 2 m 2 mirror, ±7º FOV,

  38. Tunka-HiSCORE: 50 events or 5 RMS, T = 500 hours LHAASO: 50 events or 5 RMS 1 year 1 4 2 3 5 1 – 1 km2, 4 PMTs per station ( 8’’ PMT) 2 – 1 km2, + additional station ( 10” PMT) + net of mirrors (S = 2 m2, ±7-10° FOV, without imaging) 2’ – mounting of matrix in each mirror (not yet simulated) 3 – 104 m2muon detectors 4 – 10 km2 , 4 PMTs per station ( 8’PMT) for 12’’ PMT (not yet simulated) 5 – 100 km2 (8’’ PMT)

  39. Tunka-HiSCORE: 50 events or 5 RMS, T = 500 hours 1 Casa-mia 4 IceCube neutrino 2 3 5

  40. Спасибо за внимание

More Related