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Actividades do LIP em SNO
José Maneira, LIPJornadas LIP 2005, Peniche
Projecto iniciado em Dezembro de 2004Aderiu à colaboração em Fevereiro de
2005José Maneira, Amélia Maio
J. Maneira - Jornadas LIP 2005
Resumo
Introdução• Física de Neutrinos
Solares• Estrutura e
funcionamento de SNO• Resultados da fase do
sal Actividades no LIP
• A terceira fase de SNO• Método da calibração
óptica• Desafios da calibração
na terceira fase Pespectivas
Introdução
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Oscilações de neutrinos No modelo standard, a massa
dos neutrinos é nula Com M ≠ 0,
• estados próprios de sabor (e) e de massa () não coincidem Componentes de massa diferente
propagam-se a velocidades diferentes
Mudança de sabor!
2)(
)(
2
22
1
2
11
22
2
21
1
p
mpit
tiE
p
mpit
tiE
eet
eet
1 2 3 1
1 2 3 2
1 2 3 3
e e e
e
U U U
U U U
U U U
2
2 2
2 2 21 2where
1.27sin 2 sin
m
m LP
E
m m
Parâmetros• ∆m2 (“frequência”)• Sin2 2 (“amplitude”)
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http://www.sns.ias.edu/~jnb/
GeeGae
7171 AreCle
3737
Modelo Solar (SSM)
Parâmetros• Idade e luminosidade• Composição inicial• Secções eficazes de
reacções nucleares e atómicas
Previsões
• Fluxo de neutrinos • Perfil da velocidade do som
Experiências radioquímicas
F = 0.33 SSM F = 0.58 SSM
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Mina de níquel em Creighton (INCO)
Em plena actividade • 10% da produção
mundial Paisagem no Inverno
Sudbury,(Onde é que isso fica?)
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2 km na vertical 2 km na
horizontal
Lá em baixo, um dos laboratórios mais “limpos” do mundo• Sistema de
purificação da água
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Sudbury Neutrino Observatory
Camada H2O interna: 1700 ton
D2O (água pesada) : 1000 ton
Camada H2O externa: 5300 ton
Esfera de Acrílico: diâm. 12 m
Estrutura de suporte para 9500 PMTs
Liner de Urylon: selagem Rádon
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Reacções de Neutrinos em SNO
NC
ES
apenas e
CC e + d → p + p + e-
x + d → x + p + n
x + e- → x + e-
mesma secção eficaz p/ os 3 saboresMedição do fluxo total de neutrinos 8B
mesma que em Super-Kamiokande
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Fase II (sal)Julho 01 - Set. 03
Fase III(3He)Verão 04-Dez. 06
Fase I (D2O)Nov. 99 - Maio 01
3 métodos de detecção de neutrões
n captura em2H(n, )3H = 0.0005 b
Observar 6.25 MeV Medição com os PMTs
Indicada para CC
40 contadores proporcionais
3He(n, p)3H = 5330 b
Observar p e 3HIndependente dos PMTs
Evento por evento
2 t NaCl. n captura em35Cl(n, )36Cl = 44 b
Observar múltiplos sMedição com os PMTs
Melhoria em NC
36Cl
35Cl+n 8.6 MeV
3H
2H+n 6.25 MeV
n + 3He p + 3H
p3H
5 cm
n
3He
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Observáveis
Medições com os PMTs
-posiçãoposição-tempotempo-cargacarga
Evento reconstruído-vérticevértice-direcçãodirecção-energiaenergia-isotropiaisotropia
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Dados completos391 dias
CC 2176 ± 78
ES 279 ± 26
NC 2010 ± 85#EV
EN
TS
Resultados da fase do sal
Isotropia
Direcção Posição radial
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)()(.
)()(.
)()(.
.
...
.
...
.
...
syst.stat. 352
syst.stat. 944
syst.stat. 681
150150
220220ES
380340
210210NC
080090
060060CC
)scm10 de unidades (Em 126
029.0031.0)stat.(023.0340.0
NC
CC
Resultados da fase do sal
De acordo com os resultados anteriores, com melhor precisão
Confirma-se• Transformação de
sabor• Fluxo neutrinos 8B
do modelo solar
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Espectro de energia CC
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Análise global de oscilações de neutrinos solares e de reactor
Solares,
Com novos
resultados do sal
Solares
+ KamLAND 766 ton-year
Neutrinos solares, dados parciais
+
Experiência KamLAND, neutrinos de reactor, distância média 180 km
deg.
...
..
4222
256040
2
933
eV1008m
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Motivação Física
Separação Evento-por-eventoMedir NC e CC em sistemas diferentes
Erros sistemáticos diferentesDo que a captura de neutrões no sal
2H + x p + n + x - 2.22 MeV (NC)
3He + n p + 3H + 0.76 MeV
40 Contadores numa grelha 1x1 m
398 m comprimento total activoFeitos em níquel de elevada pureza (ppt)
x
nNCD
PMT
SNO fase III
Contadores Proporcionais 3He(“Neutral Current Detectors”)
Melhoria na precisão (~2x) da medição NC/CC em SNO resultará numa melhor precisão de 12
Actividades no LIP
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Fonte de calibração óptica Quasi-uniforme
(± 20%) Ligada por fibras
ópticas a laser de N2
6 comprimentos de onda entre 337 e 620 nm
Largura: 0.6 ns Intensidade
• 1014 fotões por impulso
• Ajustável com filtros
Operação remota
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H2
O
D2
Oij
Source PMT
Método da calibração óptica
Tomam-se dados com a fonte em várias posições I
Contam-se o número de hits Nij em cada PMT na janela de tempo “prompt” (8ns)
Compara-se (2) com a intensidade modelo, que depende de:• Atenuações d, h, a
• Resposta angular dos PMT, Rij
• Emissão da fonte Lij
• Ângulo sólido ij
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Selecção de dados
Remover PMTs com caminhos ópticos mais difíceis de modelar Remover reflexões
e dispersão com corte temporal
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PMT angular response
Atenuação H2O
D2O Attenuation
Parâmeteros medidos ao longo do tempo• Resposta angular estável• Atenuação d2o aumentou• Explica a diminuição da
resposta em energia
PMT+ reflectors angular response
H2O attenuation
Óptica fase sal
~100 m
~20 m
~50 m
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Desenvolvimentos fase NCDs
1)Rejeição de PMTs com sombras• Modelo não funciona para PMTs
parcialmente iluminados 2) Aumento da estatística de PMs
• Depois do corte anterior• Método anterior usa normalização com
run central 3) Correcção para reflexões
• Número de fotões no pico prompt aumenta
• Atenuação falsamente menor
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Rejeição de PMTs com sombras
Vista dos NCDs através do topo do AV
Sombras
Mapa de ocupação dos PMs, run não-central
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Rejeição de PMTs com sombras
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Aumento da estatística de PMs Método anterior removia
sempre os PMTs sombreados na run central de normalização
Foi desenvolvido um novo método, baseado no cálculo das eficiências relativas dos PMTs• Eficiências calculadas a
partir dos dados da fase do sal, muito estáveis ao longo do tempo
• Extrapoladas para NCDs a partir do ganho e limiar
Passa-se de ~80% de PMs rejeitados para 50%
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Correcção reflexões
Reflectividade NCDs ~20 % no máximo
Pequeno aumento da luz detectada no pico prompt
Falsa diminuição (~10%) da atenuação
Correcção será feita usando Monte Carlo
..work in progress… (semana passada)
Calibração óptica fase NCD praticamente pronta, resultados a apresentar em Fevereiro
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Outras actividades
Tomadas de dados de calibração• 2 semanas em 2005
Sessão de trabalho sobre óptica• 2 colegas em Lisboa em Dezembro 2005
Outras análises• “Mapa de 2” de KamLAND para análise global
de oscilações• Review da análise de eficiência de detecção de
neutrões na fase do sal Artigos
• Edição e redacção parcial de artigo sobre calibração óptica
• 3 artigos no total submetidos em 2005
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Conclusões SNO ainda não acabou…
• Novos dados terceira faseo Tomada de dados até início 2007,
análise até 2009…• Melhores análises dos dados
anteriores• Melhor precisão 12, espectro
baixas energias O LIP está em SNO
• Tomada e análise de dados• Responsabilidade principal:
Calibração óptica• Essencial para a calibração em
energia e medição do espectro CC• Muitos desenvolvimentos novos
para a terceira fase, quase pronta
Muita análise de dados para fazer AGORA, colaboradores precisam- se!!
extras
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En
erg
y re
spon
se (
MeV
)
Energy
Response to 16N source at center Degradation of energy response
• Rapid drop: PMT angular response
• Gradual drop: D2O attenuation
Degradation reproducible by Monte-Carlo• Measured D2O
attenuation matches measured drop
• Energy calculated with
linearly dropping
attenuation
~3%
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Solar+KL rate
Precision measurements with SNO Melhoria na precisão
(~2x) da medição NC/CC em SNO resultará numa melhor precisão de 12
In 3 mixing, also helps constrain 13(Maltoni et al. hep-ph/0309130)
de Holanda & Smirnovhep-ph/0205241hep-ph/0212270
10-3
10-4
10-5
m2 (
eV2 )
SNO CC/NC (7% uncertainty)
SNO Day/Night (3% abs. uncertainty)