tesi di dottorato verifica delle sistematiche della calibrazione in energia dell esperimento lvd n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Tesi di dottorato: Verifica delle sistematiche della calibrazione in energia dell’esperimento LVD PowerPoint Presentation
Download Presentation
Tesi di dottorato: Verifica delle sistematiche della calibrazione in energia dell’esperimento LVD

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 34

Tesi di dottorato: Verifica delle sistematiche della calibrazione in energia dell’esperimento LVD - PowerPoint PPT Presentation


  • 127 Views
  • Uploaded on

Tesi di dottorato: Verifica delle sistematiche della calibrazione in energia dell’esperimento LVD. Candidata: dr. A. Porta Relatori: prof. P. Galeotti, dr. W. Fulgione Tutore: prof. M Gallio. Supernovae, neutrini e l’esperimento LVD L’attuale sistema di calibrazione dell’esperimento

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Tesi di dottorato: Verifica delle sistematiche della calibrazione in energia dell’esperimento LVD' - eagan


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
tesi di dottorato verifica delle sistematiche della calibrazione in energia dell esperimento lvd

Tesi di dottorato: Verifica delle sistematiche della calibrazione in energia dell’esperimento LVD

Candidata: dr. A. Porta

Relatori: prof. P. Galeotti, dr. W. Fulgione

Tutore: prof. M Gallio

A. Porta, università e INFN, Torino

indice
Supernovae, neutrini e l’esperimento LVD

L’attuale sistema di calibrazione dell’esperimento

Verifica dell’attuale sistema di calibrazione

Nuovo assetto dell’elettronica, nuova tecnica di calibrazione

Verifica degli errori sistematici a bassa energia

Conclusioni e prospettive

Indice:

A. Porta, università e INFN, Torino

slide4

Neutrini da collasso gravitazionale stellare

Burrows et al. Phys. Rev. D45, 3361 (1992)

  • Energia di legame tipica circa
  • 3 x 1053 erg di cui:
  • ~ 99% in neutrini
  • ~ 1% in energia cinetica
  • ~ 0.01% in fotoni
  • Fasi di emissione di :
  • early neutrino emission (neutronizzazione, shock breakout)
  • thermal phase (accrezione di massa, annichilazione di coppie)

A. Porta, università e INFN, Torino

slide5

L’esperimento LVD

LVD e` situato nella sala A dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, sormontato da 1400 m di roccia calcarea (circa 3800 m w e).

E` attivo dal 1992 ed ha raggiunto la configurazione attuale nel 2001.

Attualmente ha una massa di circa 1000 tonnellate.

Il duty cycle medio di questi 12 anni e` dell’87%, ed e del 98% negli ultimi tre anni.

A. Porta, università e INFN, Torino

slide6

il rivelatore (1)

840 contatori (detti tank) di 1 x 1 x 1.5 m3 raggruppati in tre torri formate ciascuna da 35 portatank (gruppo di 8 tank).

Ciascuna tank contiene 1.2 ton di scintillatore liquido ed e` osservata da 3 PM (2520 PM)

  • Il sistema di tracking:
  • contatori ad L contenenti 2 strati di tubi streamer lunghi 6.3 m.
  • lettura bidimensionale: strip di 4 cm poste parallele e perpendicolari ai tubi
  • risoluzione superiore a 4 mrad.

A. Porta, università e INFN, Torino

LVD Coll., Nuovo Cimento A105 (1992) 1793

slide7

il rivelatore (2)

Suddiviso in contatori esterni (circa 430 tonnellate)…

…ed interni (circa 570 tonnellate).

A. Porta, università e INFN, Torino

slide8

Lo scintillatore e i neutrini

  • Ciascun contatore contiene 1.2 ton di scintillatore con le seguenti caratteristiche:
  • CnH2n+2 con <n> = 9.6
  • 0.03 mg/l di POPOP
  • 1 mg/l di PPO
  • r= 0.78 g/cm3
  • Reazioni tra neutrini e scintillatore liquido:
  • ne+ p  n + e+ (c.c.) n + p  g + D
  • ni ( ni )+ e- ni ( ni )+ e- (c.n., c.c.)
  • ne+ 12C  12N + e- (c.c.)12N  12C + e+ +ne
  • ne+ 12C  12B + e+ (c.c.)12B  12C + e- +ne
  • ni ( ni )+ 12C  ni ( ni ) + g +12C (c.n.)

A. Porta, università e INFN, Torino

l elettronica di acquisizione
L’elettronica di acquisizione

Coincidenza tripla (250 ns)

Canale 1

 canale 1

 canale 2

 canale 3

 canale 4

 canale 5

 canale 6

 canale 7

 canale 8

Soglia alta:

7 MeV tk esterne, 4 MeV tk interne

 a

 b

 c

out S 

Soglia bassa:

0.8 MeV per 1 ms

PMT1

EHT

Canale 2

ELT

 a

 b

 c

out S

PMT2

1 ms

  • Risoluzione TDC: 12.5 ns
  • Risoluzione ADC: 0.25 x 2n-1pC/ch

PMT3

Canale 3

 a

 b

 c

out S

DAQ

FIFO

C176

……………

Canale 8

C175

A. Porta, università e INFN, Torino

slide10

Il numero di interazioni previste con neutrini provenienti da un collasso gravitazionale

Smirnov& Dighe, hep-ph/9907423. Lunardini @ n 2002, Munich

  • Parametri utilizzati:
  • Dm2sol = 5x10-5 eV2 Ue22 = 0.33 (LMA)Dm2atm= 2.5x103 eV2
  • |Ue3|2= 10-2nel caso adiabatico, |Ue3|2= 10-6nel caso non adiabatico
  • M = 1 Kton
  • d = 10 Kpc
  • Eb = 2.5x10-53erg
  • Ebni = 1/6, i=e,m,t
  • Tnx =1.5 Tne, x=m,t

ni, 12C c.n.

M. Aglietta et al. ,Nucl. Phys. Proc.Suppl.110 (2002),410

ne(ne),12C c.c.

  • Per T = 3.5 MeV:
  • Nev~ 250, d=10Kpc
  • Nev ~60, d=20 Kpc

ne, p

A. Porta, università e INFN, Torino

slide11

L’attuale calibrazione in energia

Conteggi

Contatore 1114

ADC Channel

Viene utilizzato il picco dovuto ai muoni cosmici:

  • i m vengono selezionati come eventi presenti in almeno due tank diverse e vicine in coincidenza temporale entro 250 ns.
  • conoscendo le distribuzioni angolare ed energetica dei muoni nella Hall A dei L.N.G.S. e l’efficienza geometrica del rivelatore e’ stata effetuata una simulazione che ha fissato a 185 MeV il picco dei m atteso nei dati di LVD.
  • La calibrazione viene aggiornata usando i dati di ogni contatore registrati negli ultimi tre mesi.

Entries

185 ± 5 MeV

CH ADC lin

A. Porta, università e INFN, Torino

la simulazione dell esperimento
La simulazione dell’esperimento

1) Simulazione dell’interazione particella-rivelatore:

Particella con impulso e direzione estratti dallo spettro in energia e dalla distribuzione angolare dei m

GEANT 3: interazioni tra particella e un contatore di LVD (geometria del contatore e composizione chimica scintillatore)

Distribuzione dell’energia rilasciata nel contatore

2) Simulazione del funzionamento del rivelatore:

Simulazione della collezione di luce sui fototubi del contatore, del funzionamento dei fototubi e dell’elettronica di acquisizione

Energia rilasciata nel contatore trasformata in luce diffusa nel contatore

Distribuzione in canali ADC

A. Porta, università e INFN, Torino

la simulazione dei muoni cosmici che interagiscono con un contatore di lvd
La simulazione dei muoni cosmici che interagiscono con un contatore di LVD

Distribuzione in energia

Astropart. Phys. : 2 (1994) , pp.103-116

10000 m.w.e.

3000 m.w.e.

Distribuzione angolare

Astropart.Phys.7:357-368,1997

A. Porta, università e INFN, Torino

distribuzione dell energia rilasciata in un contatore
Distribuzione dell’energia rilasciata in un contatore

Picco a 186 ± 3 MeV

A. Porta, università e INFN, Torino

la costante k 1
La costante K (1)
  • Cos’è: per ciascun contatore dell’esperimento esistono un serie di parametri caratteristici che rendono lo spettro in energia rilasciata proporzionale allo spettro in canali ADC. Questi parametri sono:
  • il numero di fotoni prodotti per MeV di energia rilasciata,
  • il coefficiente di attenuazione della luce nello scintillatore,
  • il coefficiente di riflessione,
  • l’efficienza di rivelazione,
  • l’efficienza del fotocatodo,
  • il guadagno dei dinodi dei fototubi,
  • il guadagno dell’amplificatore.
  • Gli stessi parametri, col loro valore teorico, sono stati inseriti nella simulazione e vengono adattati alla realtà di ciascun contatore attraverso la costante K.

A. Porta, università e INFN, Torino

la costante k 2
La costante K (2)

Come si calcola: minimizzando, in funzione di K, la differenza tra la distribuzione in canali ADC simulata e la stessa distribuzione sperimentale.

A questo scopo si è usato il metodo dei minimi quadrati:

2=Si____________

[ei + ti(K)]2

ei

Dove: i e` il bin i-esimo delle distribuzioni, ei e`ilvalore dell’ordinata della distribuzione sperimentale, ti(K) e` il valore dell’ordinata della distribuzione simulata in funzione di K.

K=3.12 ± 0.02

Tank 1222

Simulazione

Dati sper.

A. Porta, università e INFN, Torino

nuovo assetto dell elettronica il segnale da singolo fototubo 1
Nuovo assetto dell’elettronica: il segnale da singolo fototubo (1)

Perché: lo scopo di questo lavoro e` poter abbassare la soglia alta dell’esperimento. A causa di effetti di geometria l’abbassamento delle soglie causa un aumento degli eventi di coda della distribuzione di soglia alta.

PMT1

e- da 10 MeV

e- da 5 MeV

Rmax = Nphe(PMmax)/Nphe(SPMi) > 0.53

30

PMT2

40

50

g da 2.2 MeV

g da 15.11 MeV

PMT3

C. Vigorito, tesi di laurea, Universita` di torino, 1993

A. Porta, università e INFN, Torino

nuovo assetto dell elettronica il segnale da singolo fototubo 2
Nuovo assetto dell’elettronica: il segnale da singolo fototubo(2)

Come:

Canale 1

 canale 1

 canale 2

 canale 3

 canale 4

 canale 5

 canale 6

 canale 7

 canale 8

 a

 b

 c

out S 

PMT1

Canale 2

 a

 b

 c

out S

PMT2

PMT3

Canale 3

 a

 b

 c

out S

DAQ

FIFO

C176

……………

Canale 8

C175

A. Porta, università e INFN, Torino

calibrazione del singolo fototubo metodo 1
Calibrazione del singolo fototubo (metodo 1)

Simulazione

Dati sperimentali

A causa di effetti geometrici i tre singoli fototubi vedono il picco dovuto ai muoni cosmici a energia minore rispetto alla loro somma analogica.

90%

148±5

166±5

80%

80%

100%

148±5

185±5

A. Porta, università e INFN, Torino

calibrazione del singolo fototubo metodo 2
Calibrazione del singolo fototubo (metodo 2)

cal

Per ciascun evento: [Si=1,3CHlin(i)]/3  E*

Posso calcolare E*/CHlin(i) per i tre PMTs e farne la distribuzione su tutti gli eventi per ottenere la calibrazione di ciascun fototubo.

PMT1

PMT2

Ch ADC lin

Ch ADC lin

PMT3

SPMT(i)/3

Ch ADC lin

Ch ADC lin

A. Porta, università e INFN, Torino

slide21

Calibrazione del singolo fototubo

Confronto:

A. Porta, università e INFN, Torino

verifica degli errori sistematici a bassa energia
Verifica degli errori sistematici a bassa energia
  • La tecnica attualmente utilizzata considera un solo punto per la calibrazione in energia della distribuzione in canali ADC: il picco dei muoni cosmici posto a 185 ± 5 MeV.
  • Siccome l’errore su questo valore e` puramente statistico si intende studiare l’errore sistematico che si commette a basse energie con questo tipo di calibrazione.
  • A questo scopo verranno confrontati le distribuzioni in energia di dati provenienti da segnali conosciuti di bassa energia con le distribuzioni derivanti dalla simulazione dei medesimi segnali:
  • e-,e+ provenienti da m-stop nel contatore
  • gamma da sorgente di NiCf posta all’esterno del contatore
  • neutroni da sorgente di Cf posti al centro del contatore

A. Porta, università e INFN, Torino

slide23

e-, e+ da m-stop nel contatore(1)

m-→ e- + ne + nm

t = 2.2 ms

m+→ e+ + ne + nm

Q ≈ mm=106 MeV

Ee < 53 MeV, <Ee> = 37 MeV

Spettro in energia convoluto con distribuzione gaussiana per simulare l’effetto della risoluzione in energia del rivelatore.

A. Porta, università e INFN, Torino

R.Granella, tesi di laurea, Universita` di Torino,1992

slide24

e-, e+ da m-stop nel contatore(2)

E` stata utilizzato un contatore posizionato in una facility di test posta nei laboratori esterni:

Spettro dei muoni cosmici in superficie:

L’apparato di rivelazione e l’elettronica di acquisizione sono identici a quelli usati in galleria

A. Porta, università e INFN, Torino

O.C.Allkofer et al., Phys. Lett. 36B, p. 428 (1971)

slide25

e-, e+m-stop nel contatore(3)

Calibrazione in energia del contatore della facility di test:

Calibrazione dati sperimentali:

Simulazione:

N eventi

2900 ± 3 chlin

178 ± 3 MeV

Ch adc lin

Costante di calibrazione= 0.06138 ± 0.00011

A. Porta, università e INFN, Torino

slide26

e-, e+ da m-stop nel contatore(4)

Tecnica di selezione: il muone viene selezionato come un evento di soglia alta di energia superiore a 50 MeV, l’elettrone (positrone) come un evento, sempre di sogli alta, che avviene entro 10 ms dal muone.

N eventi

E (MeV)

A. Porta, università e INFN, Torino

slide27

e-, e+ da m-stop nel contatore(5)

Distribuzione temporale:

N eventi

t = 2.05 ± 0.02 ms

Test normale: z = 7.5

dt (ms)

A. Porta, università e INFN, Torino

slide28

e-, e+ da m-stop nel contatore(6)

Distribuzione in energia:

After pulses + m in coincidenza

e-, e+ da mustop

m in coincidenza

A. Porta, università e INFN, Torino

slide29

e-, e+ da m-stop nel contatore(7)

Lavoro da fare:

  • Simulazione della distribuzione in energiadei muoni che decadono all’interno del contatore e confronto con la stessa distribuzione sperimentale al fine di selezionare meglio i veri m-stop
  • Simulazione della distribuzione temporale dei ritardi tra i due segnali e confronto con i dati sperimentali al fine di selezionare meglio i reali m-stop
  • Simulazione dello spettro in energia di elettroni e positroni derivanti dai m-stop e confronto con il medesimo spettro sperimentale per la verifica degli errori sistematici della calibrazione.

A. Porta, università e INFN, Torino

slide30

Sorgente di NICf(1)

Composta da un cilindro di paraffina (~80 %) e nichel (~20 %) di raggio 10 cm e alto 20 cm con al centro una sorgente di 252Cf.

  • Caratteristiche del 252Cf:
  • t1/2=2.645 anni
  • 97 % dei casi decade a
  • 3 % dei casi fa` fissione con produzione di ~ 20 g (80% con E<1MeV) e ~ 4 neutroni con <E>=2.14 MeV

I neutroni interagendo con il nichel producono dei gamma con spettro riportato in figura ed interagendo con l’idrogeno della paraffina dei gamma da 2.2 MeV

A. Porta, università e INFN, Torino

slide31

Sorgente di NICf(2)

Picco dell’ H a 2.2 MeV

  • Lavoro da fare:
  • completamento della simulazione con l’introduzione del funzionamento delle due soglie
  • confronto tra la simulazione completata e i dati sperimentali al fine di individuare gli errori sistematici a queste energie

Picco del Ni a circa 9 MeV

A. Porta, università e INFN, Torino

slide32

Sorgente di Californio(1)

R,Bertoni et al., ICG tech. Rep. N. 21/96

SBC (Surface Barrier Counter) rivela i prodotti di fissione e da` il trigger che apre un gate di 1 ms in cui la soglia e` settata bassa.

Sorgente di 252Cf:

A bassa attivita`: ~ 1 fissione/minuto

Spettro in energia:

KT=1.3 MeV

A. Porta, università e INFN, Torino

slide33

Sorgente di Californio(2)

Simulazione dell’energia rilasciata in un contatore:

  • Lavoro da fare:
  • Preparazione della misura nella facility di test e acquisizione dei dati
  • Confronto tra la simulazione e i dati sperimentali

A. Porta, università e INFN, Torino

slide34

Conclusioni e prospettive:

  • Valore picco dei muoni cosmici per la vecchia calibrazione calibrazione: 185 ± 5 MeV
  • Valore picco dei muoni cosmici per la nuova calibrazione calibrazione: 186 ± 3 MeV
  • Segnale da singolo fototubo.
  • Picco dei muoni visto dal fototubo centrale: 166 ± 5 MeV,
  • Picco dei muoni visto dai fototubi laterali: 148 ± 5 MeV
  • Nuova tecnica di calibrazione.
  • Verifica degli errori sistematici:
  • e-e+ da decadimento dei muoni
  • Sorgente di NiCf
  • Sorgente di Cf

A. Porta, università e INFN, Torino