Участие ОЭПВАЯ в проектах NEMO и ANTARES

1. Участие ОЭПВАЯ в проектах NEMO и ANTARES

2. La Seyne 40 км подводный кабель -2500 m ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch) 42° 48’N, 6° 10’ E Рядом с г. Тулон (Франция) Длинапоглощениясвета55 м (дляλ=460 нм) Effective diffusion length > 300 m

3. Участники ANTARES • NIKHEF, Amsterdam • KVI Groningen • NIOZ Texel • ITEP, Moscow • SINP MSU, Moscow • University of Erlangen • Rem. Stern., Bamberg • ISS, Bucarest • IFIC, Valencia • UPV, Valencia • UPC, Barcelona • CPPM, Marseille • DSM/IRFU/CEA, Saclay • APC, Paris • LPC, Clermont-Ferrand • IPHC (IReS), Strasbourg • Univ. de H.-A., Mulhouse • IFREMER, Toulon/Brest • C.O.M. Marseille • LAM, Marseille • GeoAzur Villefranche • University/INFN of Bari • University/INFN of Bologna • University/INFN of Catania • LNS – Catania • University/INFN of Pisa • University/INFN of Rome • University/INFN of Genova

4. Вид сверху Детектор (художественное изобр.) уровень 12 линий (около 900 ФЭУ) 25 уровней на линии 3 ФЭУ на уровне 14,5 м 350 м 40 км до берега 100 м Узловая коробка ~70 м Соединительный кабель Морское дно ~ -2500 м

5. Оптическиймодуль:10” ФЭУв17” стекл. сфере детектированиефотонов Уровень Фонарьс голубымисветодиодами: калибровкавремени Локальный управляющий модуль(в Ti контейнере): Оцифровка сигнала, часы, компас, измерение вращения/наклона Гидрофон: Акустическое позионирование

6.   Эффективная площадь и угловое разрешение для νμ E<10 ПэВ: увеличениесечениявзаимодействияидлиныпробегамюона E<10 ТэВ, угловоеразрешениеопределяетсяугломν-μ E>10 ТэВ, разрешениеограничено погрешностьювосстановлениятрэка E>10 ПэВ: Земля становится прозрачной для нейтрино Ndet = Aeff × Время × Поток Предел ВБ -> 3 события (7,5 атм) в год

7. Возможные источники остаткисверхновых гамма-всплески активные ядрагалактик микроквазары двойныесистемы … Dark Matter(Neutralino) магнитныемонополии т.п.

8. Mkn 421 Mkn 501 Mkn 501 CRAB CRAB RX J1713.7-39 VELA SS433 SS433 GX339-4 Galactic Centre IceCube и ANTARES ANTARES/KM3 (43° северной широты) AMANDA/IceCube(Южный полюс)

9. Нейтриноотсверхновых Нейтрино в фазе термализации (~20 сек) появление позитронов в детекторе • Числохитов в детекторе • (ANTARES-PHYS-2002-02): • SN1987A в центре галактики (10 Kпк) • 270 e+/кТон рождается в детекторе (модель 57,A. Burrow APJ 334 (1988) 891)

10. Числохитов в детекторе • Дляэтойцелииспользуетсячислохитов в одномтаймслайсе (104,8мс)(этаинформациясодержится в каждомфайледанных) • Используя100мсможнополучитьчувствительность3,5σдля500 ФЭУ • Среднеечислохитов в одном ФЭУ ~5500 (~55 кГц) • Ожидаемоечислохитовотсверхновой100 мссоставляет ~12 (<< 5500) • Необходимоисключитьвспышкиотбиолюминисценции Основнаяцель – предоставитьтриггердля SNEWS или ГВ-детекторов 0

11. Фильтр биолюминисцинции • НеобходимополучитьраспределениехитовдлякаждогоФЭУв течениеодногорана (~45 минут) • Обычноэтираспределенияможноразделитьна 2 части – распределениеПуассона (из-за K40 и биолюминисценциипланктона)и длинногохвостаl (из-завспышекбиолюминисценции) λФЭУ • Фитирование функцией • Пуассона • Свободные парамтры: • λФЭУ (среднее) • CФЭУ (верхняя граница) • αФЭУ (нормализация) CФЭУ αФЭУ • Распределение Пуассона с верхней пределом будем называть ФПВ (функция плотности вероятности) хитов в ФЭУ.

12. Контроль ФЭУ • У некоторыхФЭУ наблюдаютсяпроблемы: • Оченьнизкоечислохитов (неполадки с ВН) • Оченьвысокоечисловспышекбиолюминисценции • Плавающеесреднеечислохитов (нестабильное ВН, илиизменениеактивностибиоорганизмов) Дляконтроляможноиспользоватьследующиепараметры: • λ для I • χ (известнопослефитирования) для II и III

13. Контроль ФЭУ Один К40ран (~45 минут) • λ > 2000 • χ < 0,0008

14. Примеры ФЭУ, прошедших контроль • Всеготаких ФЭУ – 553 (былпроанализировантолькоодин K40ран17 мая2009 – согласно e-log всегоработающих ФЭУ было 570)

15. Применение фильтра • Детектированиесверхновых • Онлайн-контрольработы ФЭУ • Изучениебиолюминисценции

16. Длядальнейшегоанализарана K40от17 маяиспользовалисьтолько553 ФЭУпрошедшиеконтроль Теперьнеобходимоисключитьвспышки (фильтрбиолюминисценции) Фильтр В каждомтаймслайсе hi(числохитовнаФЭУi) используется, если hi < Ci CФЭУ • 267 PMTs in time slice in average after bioluminescence cut

17. Поиск сверхновых – Hdet ФПВ • Приизвестных CФЭУ и λФЭУ, известна ФПВ (функцияплотностивероятности) хитов в ФЭУ • В каждомтаймслайсеразличныйнаборФЭУ, прошедшихфильтрбиолюминисценции • Можнополучить ФПВ хитов в детекторе (Hdet ФПВ) используяранееопределённые ФПВ хитов в ФЭУ, которыепрошлифильтр #1 #2 #3 #267 ... ... t Hdet ФПВ различны! таймслайс #1 таймслайс #2

18. таймслайс #1 ... t ... #1 #2 #3 #553 сигнал от СН (Пуасс., λ=11.6) #1 #2 #3 #553 ... ... t таймслайс #1 таймслайс #2 Hdet ФПВ при сверхновой Для каждого таймслайса будет Hdet ФПВ в отсутсвии сверхновой Hdet ФПВ в случае сверхновой

19. Использование 2х Hdet ФПВ Чёрнаякривая – Hdet ФПВ в отсутствиисверхновой, зелёная –присверхновой(образец) • ИспользоватьHdetФПВ в отсутствиисверхновойдляопределенияHcut (краснаялиния) чтобыполучитьтребуемуювероятностьложногосрабатывания (фиолетоваяплощадь)(например, P=1,7*10-7еслитребуетсяодинложныйсигнал в неделю) • ИспользоватьHdet ФПВ в присутствиисверхновой и Hcutчтобыпосчитатьвероятностьрегистрациисверхновой (зелёнаяплощадь) Вероятностьрегистрации сверхновой Вероятностьложногосигнала (NB – длярасчётовбудет использоватьсяхвост распределения)

20. Расчёт Hdet ФПВ • Основнаяцель – знатьправыйхвостHdet ФПВ с высокойточностьюдлярасчётаHcut • аппроксимацияHdet ФПВ функциейГаусса • Mdet=Σmi, где miэтосреднее ФПВ хитов в iм ФЭУ • , гдеσiэтостандартноеотклонение ФПВ хитов в iм ФЭУ • NB – ФПВ хитов в ФЭУ неявляется ф-й Гаусса ФЭУ1 ФЭУ267 ... Hdet – ф-я ГауссаMdet, Sdet m1, σ1 m267, σ267

21. Проверка аппроксимации Моделирование • Использовались 267 ФЭУ • Промоделировано 105таймслайсов (все 267 ФЭУ давалисигнал hi < Ci в каждомтаймслайсе) • Построено р-е Hdet-Mdet • Добавлена ф-я Гаусса 0, Sdet

22. Схема поиска сверхновых • Пуассоновскийфитдляодногорана. Последлякаждого ФЭУ имеем: λi, Ci, среднее ФПВ (mi), стандартноеотклонение (σi) • Таймслайсзатаймслайсом: • Используемхиты с ФЭУ (hi) еслиhi<Ci Расчитываем: • - Числохитов в детекторе (Hdet=Σhi) • - Mdet=Σmi • АппроксимируемHdet ФПВ функциейГаусса с Mdet, SdetвыбираемHcutчтобыбыло 1 ложноесрабатывание в 1 час (илидругое) • ЕслиHdet - Hcut > 0 то в данномтаймслайсе СН no SN SN

23. Результаты поиска Моделировани 267 ФЭУ. Показан Hcut для 1с/час • Обработанодинран K40 • Требуемоечислоложных СН 1/час. • Вероятностьрегистрации СН быларасчитанаприусловии, чточислохитовимеет р-е Пуассона λ = 11,6

24. Если будет 900 ФЭУ • Моделированиедля 600 ФЭУ (вероятноезначениепослефильтабиолюминисценции) • 1 срабатывание/час – 6,7% зарегистрировать СН

25. Geant4 моделирование НЕМО (Я. Яковенко) Цель – моделированиесигналаотраспада К40 сравнение с экспериментальнымиданными(проверкаугловойвосприимчивости ФЭУ, калибровка).

26. Моделирование НЕМО • С – нормированноечислосовпадений(С = Nсовп*Nген/Vген). • Прибольшихобъёмахгенерированиянедолжнозависетьотобъёмагенерирования.

27. Результаты и планы • АНТАРЕС откалиброван, идётактивныйнаборданных • Сотрудники ОЭПВАЯ и КОЯФ началиработу в НЕМО и АНТАРЕС • Проведено Geant4 моделированиеэтажа НЕМО • Былразработанфильтрбиолюминесценции НЕМО: планируется завершитьобработкуэкспериментальныхданных, провестисравнение • АНТАРЕС: планируетсязавершитьразработкуметодикипоискасверхновых, принятьучастие в калибровкеизмерениязарядана ФЭУ (числофотоэлектронов), восстановленииэнергиимюонов.

28. Добро пожаловать! http://antares.sinp.msu.ru/