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Università di Pavia Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica 17 Dicembre 2004

Università di Pavia Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica 17 Dicembre 2004. L’esperimento ICARUS. Alessandro Menegolli Dottorato di Ricerca, XVIII ciclo. Cos’è ICARUS?. E’un rivelatore di neutrini e di altri eventi rari il cui primi due semimoduli da 300 tonnellate proprio

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Università di Pavia Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica 17 Dicembre 2004

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Presentation Transcript

  1. Università di Pavia Dipartimento di Fisica Nucleare e Teorica 17 Dicembre 2004 L’esperimento ICARUS Alessandro Menegolli Dottorato di Ricerca, XVIII ciclo

  2. Cos’è ICARUS? E’un rivelatore di neutrini e di altri eventi rari il cui primi due semimoduli da 300 tonnellate proprio in questi giorni stanno venendo trasportati da Pavia ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso

  3. ICARUS è un progetto di ricerca approvato e finanziato dall’ INFN, che comprende 25 istituzioni e 150 fisici di tutto il mondo L’Aquila, LNGS, Milano, Napoli, Padova, Pavia, Pisa, LNF Katowice, Krakow, Warsaw, Wroclaw ETHZ INR UCLA IEHP CIEMAT Granada

  4. La fisica di ICARUS Neutrini da Supernova… …neutrini solari… …neutrini atmosferici… …decadimento del protone …neutrini dal CERN a LNGS…

  5. ICARUS è un rivelatore ad Argon liquido: perchè? • Facile da ottenere con purezza molto elevata da industrie specializzate - Concentrazione nell’atmosfera ~ 0.9% - Economico: 1 litro costa meno di 1 euro • Mezzo omogeneo che si comporta sia da bersaglio che da rivelatore • Interessanti proprietà fisiche per un oggetto tracciante: - Punto di ebollizione = 87.3 K @ 1 bar, non infiammabile - Densità = 1.4 g/cm3 - Lunghezza di radiazione = 14 cm, lunghezza di interazione = 80 cm - dE/dx (m al minimo) = 2.1 MeV/cm • Il passaggio di particelle cariche induce… - Ionizzazione • Dopo la ricombinazione @ 500 V/cm: 55000 coppie elettrone-ione per cm • Elevata mobilità degli elettroni di deriva - Scintillazione • Spettro UV, l = 128 nm (osservata da un sistema di fotomoltiplicatori • immersi nell’Argon liquido, fornisce il tempo zero dell’evento)

  6. m Come funziona ICARUS ? …gli elettroni vengono guidati da un campo elettrico verso tre piani di fili… Una particella che attraversa il rivelatore ionizza gli atomi di argon… sui quali si induce un segnale che viene elaborato dall’elettronica… Catodo Argon liquido (87 K) e- e- e- e- E (500 V/cm) e- e- E (500 V/cm) e- e- Rivelatore ICARUS T600 Anodo: 3 piani di fili (a ±60° e 0°)

  7. Catena elettronica per l’elaborazione del segnale sui tre piani di fili Segnali tipici di ICARUS T600

  8. Modulo T600: Dati dai Raggi Cosmici Nell’estate del 2001 sono stati collezionati più di 27000 eventi nel corso di un run tecnico a Pavia, in superficie - Il rivelatore ha funzionato secondo le attese • Sono state compiute analisi per: - Ricostruzione 3D di tracce singole - Identificazione di particelle - Ricostruzione di sciami elettromagnetici - Misure di elettroni a bassa energia • Misure di sciami cosmici di muoni • Appositi programmi permettono di visualizzare gli eventi • a partire dai segnali raccolti sui tre piani di fili…

  9. Drift Sciami estesi di raggi cosmici Filo Drift Interazioni adroniche con produzione di particelle secondarie Drift Filo Sciami elettromagnetici di alta energia Filo

  10. Tipologia degli eventine(CC)enm(NC) Uno degli scopi principali di ICARUS e` lo studio dei processi di neutrino, per la misura dei parametri di oscillazione. Per questo risulta fondamentale la distinzione tra interazione di ne in CC: ne + n → e- + p e interazione di nm in NC: nm + n →nm + p0 + X La tecnica della TPC deve dimostrare quanto precisa sia la misura dell’energia rilasciata nell’argon liquido dagli sciami elettromagnetici prodotti nel decadimento del p0 in due fotoni.

  11. Ricerca di eventi adronici con produzione di p0 La ricerca di eventi con produzione di p0 e` stata compiuta sui dati registrati dal semimodulo T300 nel 2001. Un software apposito fornisce il display (2D) degli eventi: Tempo di deriva Sciame e.m. dal g del decadimento p0 gg Coordinata filo (3mm pitch)

  12. Strumenti per la ricostruzione degli sciami t (cm) 1. Hit finding sui fili delle camere (algoritmi standard per la distinzione dei picchi di segnale sul fondo di rumore); 2. Identificazione di tutti gli hit dello sciame analizzato; 3. Ricostruzione dell’energia depositata; 4. Ricostruzione della direzione del g; 5. Massa invariante dei sistemi gg associati all’evento studiato. Solo ipicchi all’interno della poligonale verde (tracciata attorno allo sciame) sono selezionati per la ricostruzione in energia u (cm)

  13. Calibrazione MC con FLUKA Gli algoritmi per la misura dell’energia degli sciami e per la ricostruzione della massa del p0 (M = 135 MeV/c2) sono stati ottimizzati con un’analisi MC (FLUKA) di varie tipologie di eventi con produzione di p0: p0gg (a riposo) p- + 40Ar n p0 + X (2 GeV) S0 p0 + p (a riposo)

  14. Distribuzione della massa invariante (sinistra) e dell’energia totale (destra) di 60 sistemi gg selezionati in interazioni adroniche di p- da 2 GeV su Ar, simulate con FLUKA e misurate con ANATRA, dopo la calibrazione in energia

  15. PRELIMINARE Distribuzione di massa invariante per51 eventi realicandidati p0gg Il best fit con una gaussiana sopra un fondo polinomiale da: mgg= 150.6 ± 6.8 MeV/c2

  16. La ricostruzione di eventi p0 unita all’analisi range-energia permette la ricostruzione di eventi complessi: Range = 10.5 cm Energia cinetica: 48.8 ± 5.2 MeV - K0p+p-p0

  17. Spettro a bassa energia: 39Ar La ricerca di elettroni di bassa energia (E < 1 MeV) nei dati di ICARUS T600 ha due scopi: 1. la ricerca di contaminazioni di 39Ar nell’argon naturale dell’atmosfera 2. la calibrazione a bassa energia, tramite il fit dello spettro b del 39Ar

  18. PRELIMINARE E (KeV) = (3.8 ± 0.2) ADC (counts) Fit dello spettro degli elettroni a bassa energia con lo spettro b del 39Ar L’attività stimata per 39Ar risulta (0.83 ± 0.04) Bq/litro di LAr

  19. Fin qui il T600… ma poi? ICARUS T3000 + Spettrometro Muonico Il primo dei due moduli T1200 sarà pronto per l’arrivo del fascio CNGS (2007)

  20. Conclusioni • Il primo modulo T600 di ICARUS è stato messo in funzione e ha • dimostrato che la tecnica delle TPC ad Argon liquido è ormai matura • I dati raccolti nel 2001 a Pavia sono stati sottoposti a diverse • analisi che hanno confermato l’estrema precisione del rivelatore • nell’identificazione e nella misura delle particelle ionizzanti • I due semimoduli T300 proprio in questi giorni vengono trasportati • da Pavia alle sale sperimentali dei Laboratori del Gran Sasso • La massa totale di ICARUS sarà portata nel prossimo futuro da 600 • a 3000 tonnellate, consentendo una ricca fisica del neutrino, in • particolare in vista dell’arrivo del fascio CNGS

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