Efekty pozadí v měření oscilací neutrin Experiment Daya Bay. Viktor Pěč, ÚČJF MFF

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Efekty pozadí v měření oscilací neutrin Experiment Daya Bay. Viktor Pěč, ÚČJF MFF"

Bohuslav Bezucha
před 6 lety
Počet zobrazení:

1 Efekty pozadí v měření oscilací neutrin Experiment Daya Bay, ÚČJF MFF

2 Oscilace neutrin Experiment Daya Bay Detekce neutrin Pozadí Simulace záchytu mionů

3 Oscilace neutrin Bruno Pontecorvo Vlastní stav slabé interakce vlastní stav hmotnosti ve zdroji vlastní stav slabé interakce ve vakuu vývoj vlastního stavu hmoty vakuové oscilace v materiálu potřeba modifikovat

4 Případ dvou druhů neutrin ν α = j =1,2 U j U =U + j 1 ve vakuu: sin θ ν cos θ ν e ie1 t 1 e t = 2 ν cos θ = sin θ ν e 1 2 kombinací: 2 P t = e t =sin 2 2 sin 2 e pro E >> m, t = L E 21 t 2 m L =sin 2 sin 4 E 2 2 ie t 2 Míšení neutrin (neutrino mixing) 1 Oscilace neutrin

5 PMNS matice νe ν μ Pontecorvo-Maki-Nakagawa-Sakata U e1 = U ντ μ1 U τ1 U e2 U e3 U U μ2 U τ2 μ3 U τ3 ν1 ν 2.8.5? = ν3 ν1 ν 2 ν3 a její parametrizace cos θ 12 sin θ 12 sin θ 12 cos θ 12 cos θ 13 iδ 1 sin θ 13 e 1 sin θ 13 e iδ cos θ 12 1 cos θ sin θ 23 sin θ 23 iδ e 23 cos θ 23 1 e iδ 2 1

6 Odhady parametrů PDG 26: Atmosférická neutrina (Super-Kamiokande) Solární neutrina (+KamLAND) m = 8. ±.3 1 ev 2 sin 2 12= m32 = 1.9 to 3. 1 ev C.L.=9% sin , C.L.=9% sin , C.L. = 9% Reaktorová neutrina (Chooz)

7 Motivace měřit sin22θ13 s citlivostí.1 nebo lepší při 9% C.L. (3 roky) Výsledek experimentu určí směr dalšího bádání po narušení CP P(υμ υe) - P(υμ υe) =sin(2θ12)sin(2θ23)cos2(θ13)sin(2θ13)sinδ

8 Měření θ13 pomocí reaktorových neutrin 2 2 P ee 1 sin 2θ13 sin Δm 213 L L cos θ 13 sin 2θ12 sin Δm21 4 Eν 4 Eν Pravděpodobnost přežití υe sin =.19 sin =.86 m 221=8 1 5 ev 2 2 m31 = ev 2 E=4 MeV

9 DayaBay experiment Ling Ao II 2.9GW 2 Ve výstavbě (21) Daya Bay 2.9GW 2 Ling Ao 2.9GW 2

10 Parametry reaktoru 2,9GW termálního výkonu/reaktor (elektrickým výkonem na 1 reaktor srovnatelný s Temelínem) Daya Bay + Ling Ao : 4 x 2,9 GW = 11,6 GW DB + LA + Ling Ao II: 6 x 2,9 GW = 17,4GW

11 Detekce neutrin Clyde Cowan a Frederick Reines (1956) Inverzní β rozpad + e p e n 2 signály rychlý od pozitronu (2x511keV + Te+ ) zpožděný od n (záchyt na Gd -> E =8MeV )

12 Detektor υe Tři vrstvy: I. terč: kapalný scintilátor dopovaný gadoliniem I II. gamma catcher: pouze kapalný scintilátor III. Stínění (buffer): minerální olej, umístěny fotonásobiče Reflexní vrstvy nahoře i dole III Výška: 5m Průměr: 5m II

13 Far site 1615 m Ling Ao 1985 m Daya Bay Hloubka: 35 m m 9 4 x 2 t Ling Ao Near site ~5 m od Ling Ao Hloubka: 112 m Mid site 873 m od Ling Ao 1156 m od Daya Bay Hloubka: 28 m 81 m Hlavní vstup Stavební tunel Ling Ao NPP Daya Bay Near site 363 m od Daya Bay Hloubka: 98 m 295 m Daya Bay NPP Ling Ao-ll NPP (ve výstavbě) m 465

14 Signál a citlivost experimentu Očekávaný signál od Očekávaná citlivost antineutrina v 1 modulu: experimentu v závislosti na čase Signál/den Daya Bay 93 Ling Ao 76 Far Site 9.4 Cíl: Předpokládaný začátek nabírání dat v dubnu 21 (květen 29 omezená konfigurace) sin22θ13 (9% C.L.) S e n s itiv ity Run Time R u n T im(years) e (Y e a rs ) 4 5

15 Pozadí Korelované Nekorelované Radioaktivita: sklo fotonásobičů, skála, radon ve vzduchu, atd. Neutrony (korelované i nekorelované) Miony interagující s materiálem vznik ve skále a vodním bazénu (99.5% účinnost veta) odražené protony Kosmogenní izotopy 8He/9Li především miony tvořící spršku

16 Pozadí Relativní příspěvky jednotlivých druhů pozadí Radioaktivita (Hz) Náhodné (nekorelované) B/S Rychlé neutrony (korelované) B/S 8 He/9Li B/S Near Site Far Site <5 <5 <.5% <.5%.15%.1%.55%.25%

17 Stínění kosmického záření ~355 m ~112 m ~28 m ~98 m

18 Miony kosmického záření DYB site LA site Mid site Far site Hloubka (m) Tok mionů (Hz/m2 ) Střední energie mionů (GeV) Průchod mionů skálou počítán pomocí Monte-Carlo kódu MUSIC Energetické a úhlové rozdělení na povrchu počítáno pomocí upravené Gaisserovy formule

19 Vodní stínění - mionové veto Nádrž detektoru z nerez oceli Vodní bazén

20 Úkol: Pomocí simulací zjistit počet neutronů, produkovaných při mionovém záchytu a zachycených na Gadoliniu Provedení: Rozdělení na 2 části simulace mionů a simulace neutronů Použit balíček Geant4.8

21 Mionový záchyt mion zachycen polem jádra μen+pn+ p pn+n n+ pn+ pn e-

22 Mionový záchyt 2krát těžší => blíž jádru než elektron eμn+pn+ p pn+n n+ pn+ pn e-

23 Mionový záchyt buď se rozpadá eeμ - ν μ n p+ +n p n + p n n pn+ pn+ νe

24 Mionový záchyt nebo interaguje s jádrem eμn+pn+ pn+npn pn+ pn+

25 Mionový záchyt vzniká excitované jádro s nadbytkem neutronů e- ν μ n n +n p n + p np+ n+ nn p

26 Mionový záchyt následuje uvolnění neutronu en n n +n p n + p np+ n+ nn p

27 Generace mionů použita data z MUSIC simulace nedostatek mionů s nízkou energií (omezení dat) -> posunutí spektra o 15MeV ~3cm skály navíc Muon Kinetic Energy [GeV].5 1 Muon Kinetic Energy [GeV]

28 Neviditelnost mionů neviditelnost mionů korelována s uraženou vzdáleností ve vodním Čerenkovském detektoru stanoven limit produkce 1 Čerenkovských fotonů

29 Neviditelnost mionů 2 limit 3 MeV dostatečně velký Závislost počtu Č.f. na počáteční kinetické energii

30 Neviditelnost mionů 2 Závislost počtu Č.f. na počáteční kinetické energii - detail limit 3 MeV dostatečně velký Závislost počtu Č.f. na počáteční kinetické energii

31 Produkce neutronů z jednoho vertexu izotropně generováno 13 neutronů použito vlastní spektrum omezeno na energie nad 3MeV

32 Produkce neutronů z jednoho vertexu izotropně generováno 13 neutronů použito vlastní spektrum omezeno na energie nad 3MeV

33 Produkce neutronů z jednoho vertexu izotropně generováno 13 neutronů použito vlastní spektrum omezeno na energie nad 3MeV

34 Příspěvek záchytu mionů Čas odpovídající simulaci T= N S Celkový počet mionů Tok mionů Plocha horní stěny bazénu

35 Příspěvek záchytu mionů Čas odpovídající simulaci T= N S 13 Počet neutronů ve vertexu Celkový počet mionů Tok mionů Plocha horní stěny bazénu

36 Příspěvek záchytu mionů Čas odpovídající simulaci T= N S Počet neutronů ve vertexu Frakce použitého spektra Celkový počet mionů Tok mionů Plocha horní stěny bazénu

37 Příspěvek záchytu mionů Čas odpovídající simulaci N T= =17let S

38 Příspěvek záchytu mionů Čas odpovídající simulaci T= N S =17 let V gadoliniu zachyceno 1 neutronů Přes veškerá omezení zanedbatelný příspěvek

39 Srovnání simulace mionů K dispozici výsledky simulace mionů s použitím Geant4.7 Všechny miony zastavené ve vodním bazénu Energetický limit 6.5 GeV (oproti 3 MeV) Informace o záchytu na jednotlivých prvcích Provedena nová simulace Energetický limit 6.5 GeV Geant4.8

40 Srovnání simulace mionů Z: Zastavené Zachycené % 6 1.5% 8% % 18% 26.9% 91% other.6% Geant4.7 Zastavené Zachycené Zastavené Zachycené % % % 1.% % % % % % % % % % % 989.8% % % % 55.4% % Geant4.8.1 Geant4.8.2

41 Shrnutí Příspěvek ze záchytu mionů je zanedbatelný Aktivní spolupráce na vývoji software přiblížení k realističnosti výpočtů vylepšení uživatelského rozhraní Odhaleny chyby v kódu Geant4

43 Oscilace, přeintegrováno přes energie neutrin

44 Senzitivita experimentu June 21 June 211 June 213 Plán (původně) 9 měsíců s near-mid 3 roky s near-far Nyní spekulace o mid-site

45 Produkce antineutrin v reaktoru Vogel & Engel

46 Účinný průřez interakce e+p

47 Rozměry v modulu Dimensions Inner Acrylic Outer Acrylic Stainless Steel Diameter (mm) Height (mm) Wall thickness (mm) Vessel Weight (ton)

48 Shrnutí signálu a pozadí Daya Bay Near Ling Ao Near Far Hall Baseline (m) from Ling Ao 1985 from Daya Bay 526 from Ling Ao II 1615 from Ling Ao Overburden (m) Radioactivity (Hz) <5 <5 <5 Muon rate (Hz) Antineutrino Signal (events/day) Accidental Background/Signal (%) <.2 <.2 <.1 Fast neutron Background/Signal (%) He+9 Li Background/Signal (%).3.2.2

49 Peking spolupráce se studenty na vývoji kódu účast RPC na testování meeting

50 Upravená Gaisserova formule

51 Upravená Gaisserova formule

Podobné dokumenty

Příklady Kosmické záření

Příklady Kosmické záření Kosmické částice 1. Jakou kinetickou energii získá proton při pádu z nekonečné výšky na Zem? Poloměr Zeměje R Z =637810 3 maklidováenergieprotonuje m p c 2 =938.3MeV. 2. Kosmickékvantum