Actividades do LIP em SNO José Maneira, LIP Jornadas LIP 2005, Peniche Projecto iniciado em...

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


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”)


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


Mina de níquel em Creighton (INCO)

Em plena actividade • 10% da produção

mundial Paisagem no Inverno

Sudbury,(Onde é que isso fica?)


2 km na vertical 2 km na

horizontal

Lá em baixo, um dos laboratórios mais “limpos” do mundo• Sistema de

purificação da água


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


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


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


Observáveis

Medições com os PMTs

-posiçãoposição-tempotempo-cargacarga

Evento reconstruído-vérticevértice-direcçãodirecção-energiaenergia-isotropiaisotropia


Dados completos391 dias

CC 2176 ± 78

ES 279 ± 26

NC 2010 ± 85#EV

EN

TS

Resultados da fase do sal

Isotropia

Direcção Posição radial


)()(.

)()(.

)()(.

.

...

.

...

.

...

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


Espectro de energia CC


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


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


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


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


Selecção de dados

Remover PMTs com caminhos ópticos mais difíceis de modelar Remover reflexões

e dispersão com corte temporal


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


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


Rejeição de PMTs com sombras

Vista dos NCDs através do topo do AV

Sombras

Mapa de ocupação dos PMs, run não-central


Rejeição de PMTs com sombras


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%


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


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


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


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%


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)

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