m. selvi – assemblea di sezione infn - 12/06/03 large volume detector @ lngs
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M. Selvi – Assemblea di Sezione INFN - 12/06/03
Large Volume Detector@ LNGS
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Scopo dell’esperimento
Caratteristiche del flusso
1. Il flavor ha uno spettro di energia Fermi-Dirac:
2. Le temperature seguono la gerarchia: Te < Te < Tx Te=2-3 MeV, Te =4-6 MeV, Tx=7-9 MeV
3. Equipartizione dell’energia:Le Le Lx EB/6
Rivelare neutrini provenienti dal collasso gravitazionale di un nucleo di SN.
EB ~ 1053 erg ... 99% sotto forma di neutrini di tutti i flavor
20
2 4 exp( / ) 1
L EF
D T E T
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Construction and data acquisition
•Start construction and installation: 1990
•First tower - Start data acquisition: june, 11th 1992
•Second tower – Start data acquisition : june, 1st 1994
•Third tower – Start data acquisition: december, 13th 2000
1 32
Total active mass 1 kt840 scint. counters seen by 3 PMs eachEnergy threshold: 4 MeV (core) – 7 MeV (outer counters)15% energy resolution @ 10 MeV
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The detector: basic elementsThe scintillation counter:
External dimensions: 1.5 x 1 x 1 m3
Scint. composition: CnH2n+2 <n>=9.6 +1 g/l PPO + 0.03 g/l POPOP
Scint. density: ~ 0.8 g/cm3
Attenuation lenght: > 15m @ =420 nm
Flash point at: ~39oC
PMT: FEU-49B Photocathode diameter: d=15 cmQuantum efficiency: 10-15%
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Stato del rivelatore
... da giugno 2002
• Adeguamento della struttura per garantire la resistenza del rivelatore per il rischio sismico
• Massimizzazione della massa attiva. (PMT, elettronica, ..)
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Attività svolta• Acquisizione Dati
• Uptime
• Massimizzazione massa attiva
•Analisi (saranno presentate a ICRC03)
• 10 anni di monitor di SN nella Galassia
• Effetto delle oscillazioni di neutrini sul segnale da SN
• Coincidenze con segnali di onde gravitazionali
• Solar flares
• CNGS monitor
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Up-time dell’esperimento
Caratteristiche del beam:
• 1 bunch ogni 20-30 anni
• durata del bunch: 10 – 60 s
• when ?
High duty cicle needed!
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Attività svolta• Acquisizione Dati
• Uptime
• Massimizzazione massa attiva
•Analisi (saranno presentate a ICRC 03 e TAUP 03)
• 10 anni di monitor di SN nella Galassia
• Effetto delle oscillazioni di neutrini sul segnale da SN
• Coincidenze con segnali di onde gravitazionali
• Coincidenze con i solar flares
• CNGS monitor
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Neutrino interactions in LS interactions at LVD
(mass = 1000 tons)Nb. of events
(Te=4 MeV, d=10 kpc)
e+ p n + e+ 300
x + e- x + e- 10
e+ 12C 12N + e- 3
e+ 12C 12B + e+ 2
x +12C x + + 12C 30
NC and CC interactions on carbon nuclei: potential for oscillation studies
e tagging trough detection of delayed from n capture at low energy threshold: efficiency 60%
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SN signal and oscillation
Propagation inside the star
P2e=sin212
P1e=cos21
2
P3e=0
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SN signal: generalities
Quasi-thermal (Fermi-Dirac) neutrino energy spectra frominner layers of collapsing star(neutrinospheres).
Uncertainties on values oftemperatures.
Typically
xeeTTT
x ,
Typical energy scale 0-50 MeV
HL HL = x
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Neutrino Oscillations
Considerando le oscillazioni:
•Aumenta il numero totale di eventi rivelati
•Aumenta l’energia media del segnaleInformazioni su:
Segno del m213,
13
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interaction cross sections
LVD è costituito da 1000 t di scintillatore liquido contenuto in circa 700 t di ferro:
Spessore TANK: 0.4cm Spessore PORTATANK: 2 cm
Efficienza circa 50%
p
Fe
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interactions in iron
About 15% of the total number of detectable interactions are due to -Fe
-Fe
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Earth matter effects
SN
Earth
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LVD & muoni molto profondi
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Muoni profondi
I muoni profondi sono muoni provenienti da direzioni per le quali la profondità rende il flusso dei muoni atmosferici trascurabile, cioè muoni che hanno attraversato più di 13 Km w.e.
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Top view
Front view
Un esempio
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Statistica a disposizioneTorre 1 (1992-2002)
reconstructed muons
Nb. of reconstructed Total live time (hours)
8.28·106 8.0·104
Applicando opportuni criteri di selezione è stato estratto un campione di 64 eventi di
questo tipo
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Calcolo del flusso
FlussoLVD = (4.80 0.85) 10-13 cm-2 sr-1 s-1
FlussoMC = (5.21.1) 10-13 cm-2 sr-1 s-1
(hep-ex/0202006)
FlussoSoudan 2 = (3.810.470.29) 10-13 cm-2 sr-1 s-
1
(hep-ex/0304016 v1)
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Ricerca di segnali di neutrini in LVD in correlazione con una possibile
osservazione di onde gravitazionali nel 2001
(Astone et al., Class. Quantum Gravity, 19, 5449)
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LVD è un rivelatore modulare di 1000 tons di scintillatore liquido per l’osservazione dei neutrini da Supernova tramite la reazione:
+ p n + e+
Doppia segnatura:
1. il segnale pronto del positrone
2. il segnale ritardato di circa 180s del fotone di cattura del neutrone
Doppia soglia di discriminazione:
1. soglia alta a 7 MeV per i contatori esterni e 4 MeV per i contatori interni
2. soglia bassa a 1 MeV attiva per 1 ms dopo la soglia alta per l’osservazione del fotone di 2.2. MeV
Segnatura dell’evento
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Ricerca di un eccesso di segnali in LVD in intervalli temporali di 1, 5, 10, 20, 50 e 100 s centrati in corrispondenza dei tempi degli 8 eventi di coincidenza fra le antenne Nautilus ed Explorer (eventi GW), rispetto al fondo valutato nelle 12 ore attorno agli eventi GW.
3 classi di eventi:
• Classe A: impulso in soglia alta di E > 7 MeV
• Classe B: impulso in soglia alta di E > 7 MeV + impulso in soglia bassa nello stesso contatore entro 1 ms
• Classe C: impulso in soglia alta di E > 4 MeV nei soli contatori interni + impulso in soglia bassa
Metodo di selezione
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Distribuzione dei tempi degli impulsi osservati in LVD per la classe C in un intervallo di 100 secondi attorno agli eventi GW
Risultati
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Nessun eccesso significativo rispetto al fondo
1 s 5 s 10 s 20 s 50 s 100 s
Classe AAttesi 0.11 0.57 1.14 2.28 5.70 11.41
Osservati 0 0 0 2 6 12
Classe BAttesi 0.03 0.14 0.27 0.54 1.36 2.72
Osservati 0 0 0 0 1 2
Classe CAttesi 0.03 0.13 0.26 0.51 1.28 2.56
Osservati 0 1 1 1 4 5
Esempio di numero di eventi attesi dal fondo e numero osservato nei diversi intervalli temporali e per le diverse classi di eventi, per l’evento GW 1
Risultati
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La ricerca stata estesa alle 24 ore attorno ai tempi degli eventi Gw, per le tre classi di eventi e per gli stessi intervalli temporali: nessun eccesso significativo rispetto al fondo.
Molteplicità
Classe C
Num
ero
di cl
ust
er
Evento GW 5:
esempio di distribuzione della molteplicità dei cluster misurata nei vari intervalli di tempo confrontata con il numero atteso dal fondo poissoniano.
Confronto con il fondo atteso
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Programma per il 2004• Continua l’acquisizione dati con la massima efficienza
• A causa dell’invecchiamento del rivelatore (attivo dal 1992), si continua con tre linee di test al GS:
•Test fotomoltiplicatori
•Test moduli di elettronica
•Test scintillatore dopato con Gd (aumento dell’efficienza di cattura neutronica)
• Continua l’attività di adeguamento della struttura di sostegno, contro il rischio sismico.
•Ripristino della counting room.
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Richieste per il 2004
Richieste alla sezione:
• 4 mesi/uomo tecnico meccanico / elettronico
• Supporto del centro di calcolo per il cluster DAQ di LVD