M. Selvi – Assemblea di Sezione INFN - 12/06/03 Large Volume Detector @ LNGS.

M. Selvi – Assemblea di Sezione INFN - 12/06/03

Large Volume Detector@ LNGS


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


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


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%


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, ..)


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


Up-time dell’esperimento

Caratteristiche del beam:

• 1 bunch ogni 20-30 anni

• durata del bunch: 10 – 60 s

• when ?

High duty cicle needed!


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


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%


SN signal and oscillation

Propagation inside the star

P2e=sin212

P1e=cos21

2

P3e=0


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


Neutrino Oscillations

Considerando le oscillazioni:

•Aumenta il numero totale di eventi rivelati

•Aumenta l’energia media del segnaleInformazioni su:

Segno del m213,

13


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


interactions in iron

About 15% of the total number of detectable interactions are due to -Fe

-Fe


Earth matter effects

SN

Earth


LVD & muoni molto profondi


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.


Top view

Front view

Un esempio


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


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)


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)


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


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


Distribuzione dei tempi degli impulsi osservati in LVD per la classe C in un intervallo di 100 secondi attorno agli eventi GW

Risultati


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


Classe CAttesi 0.03 0.13 0.26 0.51 1.28 2.56


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


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


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.


Richieste per il 2004

Richieste alla sezione:

• 4 mesi/uomo tecnico meccanico / elettronico

• Supporto del centro di calcolo per il cluster DAQ di LVD

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