“ Физика нейтрино и нейтринная астрофизика ”

1. Программа Президиума РАН “Физика нейтрино и нейтринная астрофизика” Название Проекта: Проект «Коллапс» и физика нейтрино на больших подземных сцинтилляционных установках О.Г.Ряжская

2. Имеющееся экспериментальное оборудование: АНС «Коллапс» г. Артемовск - ИЯИ Глубина: 570 м.в.э. Масса: 0.1 кТ LVD, Россия-Италия Глубина: 3300 м.в.э. Масса: 1 кт CnH2n, 1кт Fe OPERA, международный эксп. Глубина: 3300 м.в.э.

3. Важнейшие достижения Лаборатории ЭМДН в 2010 году:

4. По данным работы нейтринных телескопов АНС «Коллапс», LSD и LVD в течение 33 лет получено самое сильное экспериментальное ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд в Галактике: менее 1 события в 14 лет на 90% уровне достоверности. Получено ограничение на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд, не сопровождающихся сколько-нибудь заметным потоком электронных антинейтрино: менее 1 события в 4,1 года на 90% уровне достоверности (результаты 9-летней непрерывной работы детектора LVD). 1

5. На базе детектора LVD начат эксперимент с вводом поваренной соли в состав установки в качестве дополнительной (mNaCl = 544 кг) мишени для детектирования электронных нейтрино и улучшения эффективности регистрации электронных антинейтрино с целью повышения точности разделения типов нейтрино, регистрируемых при гравитационных коллапсах звезд. 2

6. Results (4): Detection efficiencies

7. На детекторе LVD впервые измерены сезонные вариации проникающей компоненты космических лучей в период с 2001 по 2008 гг. и нейтронов, генерированных мюонами с 2003 по 2009 гг. Было найдено, что период вариаций мюонов и нейтронов, рожденных ими, составляет один год, максимум интенсивности приходится на июль, что согласуется с экспериментально полученными вариациями температуры в верхних слоях атмосферы вблизи Гран Сассо. Температура Мюоны 3 Нейтроны Подробнее далее

8. В эксперименте OPERA зарегистрировано первое событие-кандидат появления тау-нейтрино в пучке мюонных нейтрино. Событие с участием  отмечено по характерной топологии распада -лептона, который родился при взаимодействии  с ядром свинца. Регистрация первого  свидетельствует о наличии нейтринных осцилляций на уровне достоверности в 98%. 4

9. Все результаты Лаборатории ЭМДН в 2010 году:

10. АРТЕМОВСКАЯ НАУЧНАЯ СТАНЦИЯ ИЯИ РАН «Коллапс» 1966 г. – начало работы в соленых шахтах г. Карлолибкнехтовска (Артемовский район Донецкой области)

11. g D=560cm e+ PM number=144 H=540cm ARTEOMOVSK Depth - 570±10 m.w.e. 105 t CnH2n+2 (n=10) Эфф. регистрации нейтронов 87%

12. 1996-1999 1999-2002 2002-2005 2005-2008

13. Обработка экспериментальных данных 2010г. Энергетический спектр в окне 5–50 МэВ

14. Поваренная соль как мишень для нейтрино от Сверхновых Модель вращающегося коллапсара излучениеe с E~40 МэВ [1] Imshennik V.S. // Sp. Sci. Rev., 1995. V. 23. P.779 Поваренная соль как мишень для нейтрино от Сверхновых. В.В. Бояркин, О.Г.Ряжская, Труды конференции 30 РККЛ 2008, Изв. РАН Сер. Физ. т.73, №5, (2009) с. 691-693 Артёмовск, Украина Глубина 570 м.в.э. 105 т жидкого сцинтиллятора Соляная шахта (неограниченное количество NaCl)

15. Моделирование GEANT 4 • GEANT4.7.1: • вокруг цилиндрического бака со сцинтиллятором радиусом 2,8 м и высотой 5,4 м на расстоянии 3 м от его внешней поверхности - соль неограниченного объема • эффективность регистрации ε - отношение числа событий с энерговыделением в баке, превышающим 5 МэВ, к полному числу разыгранных событий • электрон рождается в соли, скорость изотропна Эффективность регистрации акта взаимодействия ε

16. При больших толщинах соли падение эффективности регистрации и быстрый рост массы рост эффективной массы • электрон + гамма-квант 7,5 МэВ • различные пороги регистрации эффективности регистрации для различных толщин соли и порогов регистрации установки

17. LVD – Детектор Большого Объема @ 3300 m.w.e. LVD • the largest iron-scintillation telescope in the world • 3 towers: • 840 scintillation counters (1010 tons of scintillator) • 1000 tons of iron • Study & important results in: • neutrino physics • astrophysics • cosmic ray physics • search for rare processes LVD is 10 times expanded version of the LSD (Mont Blanc) apparatus which has detected the ν-burst from SN 1987A at 2:52 UT on February, 23, 1987. LSD & LVD are Russian-Italian projects. Scintillator & scintillation counters were elaborated and produced in INR, Russia The main goal is to search for ν bursts from collapsing stars

18. Подземные детекторы АСД «Коллапс» и LVD предназначены для изучения проникающей компоненты космических лучей. Основными задачами этих экспериментов является поиск нейтринного излучения от коллапсирующих звезд и исследование редких процессов, предсказываемых теорией. Существуют разные предсказания развития гравитационного коллапса.

19. Sodium Chloride as a target for Supernovae neutrinos V. Boyarkin, O. Ryazhskaya Proc. of 31st ICRC,Lodz 2009 АСД и LVD могут детектировать все типы нейтрино g e+ и

20. * - E=40 MeV ** - E=30 MeV

21. SNEWS SuperNova Early Warning System LVD SNO Alarm to scientific community BNL server IceCube SK

22. Depth–vertical muon intensity Depth–vertical muon intensity relation in Gran Sasso rock. The LVD data are presented together with the best fit (solid curve). Dashed curves show the calculated intensities for the maximal and minimal contributions from neutrino-induced muons (see text for details). Study of single muons with the Large Volume Detector at Gran Sasso Laboratory - LVD Collaboration.Phys. Atom. Nucl. 66, 123-129 (2003). 

23. k=1.260.110.04 The µ+/µ- Ratio Measurement of the cosmic ray muon charge ratio with the OPERA experiment. OPERA Collaboration, Eur. Phys. J. C (2010) 67: 25–37, arXiv-1003.1907v1 ICRC 2009, Lodz, Poland; The muon decay and muon capture detection with LVD - LVD Coll. - In: 29th ICRC, Pune, 6, 69-72, 2005. Curve – L. Volkova Phys. Of Atomic Nuclei (2008), 71, 1782; MINOS – Mufson S.L. and Rebel V.J. for the MINOS Coll., 30th ICRC, Mexico, 2007; L3+C – The L3 Coll., arhiv: hep-ex/0408114 v1, 2004 OPERA – M.Sioli for the OPERA Coll, in ICRC2009 LVD – LVD result, ICRC2009

24. Кратность мюонных групп The Evidence for the Variation of the Mass Composition with Energy in the Region of the Knee by the LVD Experiment. LVD Collaboration, L.G. Dedenko, G.F. Fedorova, O.G. Ryazhskaya, N. V. Khromina, I.S. Krutsik, T. M. Roganova, 28th ICRC,2003, V. 3/7, 1139-1142 Одиночные и множественные мюоны и генерация ими нейтронов в эксперименте LVD Агафонова Н.Ю., Бояркин В.В., Дадыкин В.Л., Добрынина Е.А., Еникеев Р.И., Мальгин А.С., Рясный В.Г., Ряжская О.Г., Шакирьянова И.Р., Якушев В.Ф. и Коллаборация LVD, Изв. РАН Сер. Физ. (в печати) 2010

25. Кривая раздвижения Распределение комбинаций пар по расстоянию между мюонами в паре для всех групп. Одиночные и множественные мюоны и генерация ими нейтронов в эксперименте LVD Агафонова Н.Ю., Бояркин В.В., Дадыкин В.Л., Добрынина Е.А., Еникеев Р.И., Мальгин А.С., Рясный В.Г., Ряжская О.Г., Шакирьянова И.Р., Якушев В.Ф. и Коллаборация LVD, Изв. РАН Сер. Физ. (в печати) 2010

26. CNGS beam monitor First CNGS events detected by LVD. - LVD Coll. Published in: Eur. Phys. J. C52 (2007) 849-855 Display of a CNGS events: typical charged current interaction in the rock upstream LVD, producing a muon that goes through the detector. The colours represent the amount of energy released in the scintillation counters, summed along each projected view; the legenda is expressed in GeV. The black straight line is the result of a linear fit to the hit counters

27. Число рождённых нейтронов на 1 мюон на 1 г/см2 в зависимости от средней энергии мюонов на глубинах 25 [7, 8], 316 [7, 8], 570 [5], 3650 [10] и 5200 [9] м.в.э.; сплошная линия – расчет [1], пунктир – расчет по программе FLUKA [18]. Число рождённых нейтронов на 1 мюон на 1 г/см2 в зависимости от глубины грунта, рассчитываемой от границы атмосферы Число рождённых нейтронов на 1 мюон на 1 г/см2 в зависимости от глубины грунта, рассчитываемой от границы атмосферы.

28. Analysis of the seasonal modulation of the cosmic muon flux Температура Мюоны Average muon intensity: Iµ=(3.310.03)10-4(m2s)-1 Period: T=(36715) days Нейтроны Average amplitude: Iµ=(5.00.2)10-6 (m2s)-11.5% The study of the seasonal modulation of the cosmicmuon flux during 2001-2008 has been completed. An annual modulation with average amplitude 1.5% and maximum intensity in July has been found, in agreement with previous measurements at LNGS.

29. Существование таких вариаций мюонов на больших глубинах под землей необходимо учитывать при изучении редких процессов, например, таких, как поиск темной материи The superimposed curves represent the cosinusoidal functions behaviours Acosω(t − t0) with a period T = 1 yr, with a phase t0 = 152.5 day(June 2nd). The dashed verticallines correspond to the maximum of the signal (June 2nd), while the dotted verticallines correspond to the minimum. R. Bernabeiet. al., (DAMA Coll.) // arXiv:0804.2741v1 [astro-ph]

30. LVD-OPERA horizontal events Data from August 2006 to January 2010 All events are going parallel the tunnel.The energy losses should be higher then 5 MeV in each counter and atleast in one of them higher then 120MeV. E min ~ 70 GeV Δt = 573 nsec

31. Публикации 2010 года: 1). Measurement of the cosmic ray muon charge ratio with the OPERA experiment. OPERA Collaboration, Eur. Phys. J. C (2010) 67: 25–37, arXiv-1003.1907v1 2). Одиночные и множественные мюоны и генерация ими нейтронов в эксперименте LVDАгафонова Н.Ю. и др. (Коллаборация LVD), Изв. РАН Сер. Физ. (в печати) 2010 3). Поиск различных типов нейтрино от коллапсирующих звезд с помощью детектора LVDН.Ю. Агафонова, и др. (Коллаборация LVD) , Изв. РАН Сер. Физ. (в печати) 2010 4). Анализ сезонных вариаций потока мюонов космических лучей и нейтронов, генерированных мюонами, в детекторе LVDАгафонова Н.Ю.и др. (Коллаборация LVD), Изв. РАН Сер. Физ. (в печати) 2010 5). Cовременный статус эксперимента OPERA по прямому наблюдению осцилляций нейтрино в канале Н.Ю.Агафонова, А.М.Анохина, М.С.Владимиров, Ю.И.Горнушкин, С.Г.Дмитриевский, Т.А.Джатдоев, Р.И.Еникеев, С.Г.Земскова, А.С.Мальгин, В.А.Матвеев, В.В.Никитина, А.Г.Ольшевский, Г.И.Орлова, Н.Г.Полухина, П.А.Публиченко, Т.М.Роганова, О.Г.Ряжская, В.Г.Рясный, Н.И.Старков, М.М.Чернявский, А.В.Чуканов, В.Ф.Якушев. Изв. РАН Сер. Физ. (в печати) 2010 6). Observation of a first  candidate event in the OPERA experiment in the CNGS beam. Agafonova et al. OPERA Collaboration. Phys. Lett. B 691 (2010) 138, arXiv-1006.1623v1 7). Some remarks on Neutrino Detection from SN 1987A. V.L. Dadykin, O.G. Ryazhskaya. Proc. of the Fourteenth Lomonosov Conference on Elementary Particles Physics “Particle Physics at the Year of Astronomy”, 2010, p. 179. 8). A. Molinario, C. Vigorito, (LVD Collaboration) Neutrino burst from gravitational stellar collapses with LVD - 22nd ECRS 2010, 3-6 Aug, 2010, Turku, Finland, 9). A. Molinario, Neutrino burst from gravitational stellar collapses with LVD, NEUTRINO 2010, 14-19 June, Athens, Greece, 10). N.Yu. Agafonova, V.V. Boyarkin, A.S. Malgin - "Светосбор в сцинтилляционном счетчике объемом 1.5 м3 с квазизеркальным отражением" ПТЭ, 2010, № 1, с. 52–57 11). N.Yu. Agafonova, V.V. Boyarkin, A.S. Malgin - "Временные характеристики процесса светосбора в сцинтилляционном счетчике объемом 1.5 м3 с квазизеркальным отражением" ПТЭ, 2010, No. 6, pp. 29–33. 12).I R Barabanov, L B Bezrukov, C M Cattadori, N A Danilov, A diVacri, Yu S Krilov, L Ioannucci, E A Yanovich, M Aglietta, A Bonardi, G.Bruno, W Fulgione, E Kemp, A S Malguin, A Porta and M Selvi, "Performance and stability of a 2.4 ton Gd organic liquid scintillator target for antineutrino detection". Journal of instrumentation 2010, 5, P04001 13). M. Aglietta et al. (LVD Collaboration) "The mosct powerful supernova neutrino scintillator detector: LVD", (Il NuovoCimento A105 1992, 1793-1804) Thirty years of Gran Sasso, Volume in Onoredi Antonio Zichichi., 2010, p. 315 14). M. Aglietta et al. (EAS-TOP and LVD Collaboration) "First observation of high-energy cosmic-ray events obtained in coincidence between EAS-TOP and LVD at Gran Sasso", (Il NuovoCimento A105 1993, 1815-1823) Thirty years of Gran Sasso, Volume in Onoredi Antonio Zichichi., 2010, p. 345

32. доклады, сделанные в 2010 году: 1). Приглашенный Доклад на 31 ВККЛ, МГУ, Москва, 5-9 июля, 2010. 07.07.2010 «Г.Т. Зацепин и работы его школы» О.Г. Ряжская 2). Доклад на 31 ВККЛ, МГУ, Москва, 5-9 июля, 2010. 07.07.2010 «Одиночные и множественные мюоны и генерация ими нейтронов в эксперименте LVD» Агафонова Н.Ю. 3). Доклад на 31 ВККЛ, МГУ, Москва, 5-9 июля, 2010. 07.07.2010 «Поиск различных типов нейтрино от коллапсирующих звезд с помощью детектора LVD» В.В. Бояркин 4). Доклад на 31 ВККЛ, МГУ, Москва, 5-9 июля, 2010. 08.07.2010 «Анализ сезонных вариаций потока мюонов космических лучей и нейтронов, генерированных мюонами, в детекторе LVD». Шакирьянова И.Р. 5).Доклад на Втором рабочем совещании Российско-Итальянского сотрудничества по Космическим лучам и Астрофизики О.Г. Ряжская "Present status of LVD Experiment" 6).1029 Семинар им. Г.Т. Зацепина. Доклад: Бояркин В.В. "Поиск различных типов нейтрино от коллапсирующих звезд с помощью детектора LVD" 7).1029 Семинар им. Г.Т. Зацепина. Доклад: Агафонова Н.Ю. "Одиночные и множественные мюоны и генерация ими нейтронов в эксперименте LVD" 8).1029 Семинар им. Г.Т. Зацепина. Доклад: Шакирьянова И.Р. "Анализ сезонных вариаций потока космических мюонов в детекторе LVD за период 2001 - 2008 гг." 9). Научный семинар по программе Школы молодых ученых «Физика нейтрино и астрофизика», ФизФак МГУ, 12 ноября 2010, О.Г. Ряжская 10).Доклад О.Г. Ряжской на Семинаре им. Г.Т. Зацепина 03 декабря 2010 г. "Исследование проникающего излучения под землей с помощью больших сцинтилляционных детекторов" 11).Доклад О.Г. Ряжской на научной сессии «Памяти академика А.Н. Тавхелидзе» 16 декабря 2010 г. "Эксперименты по поиску нейтринного излучения от гравитационных коллапсов звезд. Некоторые замечания о регистрации нейтринного излучения от СН 1987А"

33. Планы на 2011 год: 1. Поддержание детекторов LVD и «Коллапс» в работоспособном состоянии и непрерывная эксплуатация установок. 2. Исследование отклика детектора на разные типы нейтрино, испускаемые согласно предсказаниям различных моделей гравитационного коллапса. 3. Увеличение статистического материала (на 10%) по поиску нейтринных всплесков от коллапсирующих звезд. В случае отсутствия коллапсов, будет усилено ограничение на частоту гравитационных коллапсов в Галактике и Магеллановых облаках. 4. Участие в проведении ускорительного эксперимента 2011 (дежурства) и обработка данных сеанса 2010 года на детекторе OPERA. 5. Поиск корреляций между мюонными событиями, зарегистрированными установкой LVD и подземными детекторами OPERA и BOREXINO. 6. Определение эффективности регистрации нейтронов в эксперименте LVD с добавлением слоя NaCl между двумя портатанками установки. 7. Получение характеристик нейтронов, генерируемых мюонами в установке LVD при больших зенитных углах (theta > 80).

35. СПАСИБО

36. 2007 г. – перенос установки в другое место Старое расположение установки Вид сверху новое Вид сбоку