О. Г. Ряжская

Это – уникальная многоцелевая установка, предоставляющая возможность проведения экспериментов по широкому кругу проблем подземной физики. Основная цель эксперимента - поиск нейтринного излучения от коллапсирующих звезд. Роль нейтрино в астрофизических исследованиях является весьма важной. Рождаясь в ядерных реакциях в глубине звезд, эти частицы легко выходят на поверхность, давая ценную информацию о процессах, скрытых от наблюдателя огромными толщами звездного вещества. Получение этой информации и ее правильная интерпретация – задача экспериментаторов, занимающихся нейтринной астрофизикой

LVD – detector under Gran Sasso 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 The main goal is to search for ν bursts from collapsing stars 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, LSD & LVD are Russian-Italian projects. Scintillator & scintillation counters were elaborated and produced in INR, Russia

Ядра водорода и углерода, входящие в состав сцинтиллятора, позволяют регистрировать различные типы нейтрино, излучаемые коллапсирующими звездами. Так как LVD на 50% состоит из железа, это делает его особенно чувствительным к детектированию электронных нейтрино с энергиями более 20 МэВ, что позволяет получить информацию о начальной стадии коллапса, о фазе нейтронизации звездного ядра. Для понимания процессов, происходящих в недрах звездных ядер при коллапсах, необходимо иметь детекторы, способные регистрировать различные типы нейтрино и идентифицировать различные типы реакций.

all LVD can measure all types of neutrinos from collapsing stars e+e+ and

1.Поиск нейтринных всплесков от гравитационного коллапса звезд LVD – сцинтилляционно-железный нейтринный телескоп с полной массой ~ 2 кт. Основная цель LVD (Large Volume Detector) – поиски нейтринного излучения от коллапсов звезд. По этой программе детектор проработал 17 лет. Он включен в мировую систему раннего оповещения о вспышках Сверхновых звезд в нашей Галактике (SNEWS, SuperNova Early Warning System) 9 лет назад. С 2000 г. время экспозиции составило 99% полного времени. По данным работы нейтринных телескопов «Коллапс», LSD и LVD в течение 32 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, а на частоту нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд, не сопровождающихся сколько- нибудь заметным потоком электронных антинейтрино: менее 1 события в 4 года на 90% уровне достоверности (результаты 8-летней непрерывной работы детектора LVD).

NaCl Рассматривался отклик детектора на различные типы нейтрино, предсказываемые различными моделями коллапса звезды. В частности детектор способен регистрировать продукты взаимодействия нейтрино с ядрами Na и Cl, имеющими значительные сечения в области 20 – 70 МэВ, при условии размещения поваренной соли между сцинтилляционными счетчиками установки. В 2009 году начаты работы по измерению эффективности регистрации нейтронов в условиях наличия поваренной соли между счетчиками.

Na 23 Cl 35,37 Fe 56 Суммарный спектр

Модификация установки LVD – энергетические спектры в различных моделях коллапса Обратный бета-распадСоль и железо Суммарный спектр

Продолжались работы по изучению свойств мюонов космических лучей высоких энергий (более 1.3 ТэВ на уровне моря). Проанализирован материал за 8 лет работы детектора.

Вариации потока мюонов космических лучей 2. Вариации потока мюонов космических лучей Интенсивность мюонов за 8 лет работы установки LVD. Каждый бин соответствует одному дню ( – ). Кривая – фит данных по формуле Средняя дневная интенсивность за год («наложение эпох» за 8 лет набора данных)

Существование таких вариаций мюонов на больших глубинах под землей необходимо учитывать при изучении редких процессов, например, таких, как поиск темной материи R. Bernabei et. al., (DAMA Coll.) // arXiv: v1 [astro-ph] The superimposed curves represent the cosinusoidal functions behaviours Acos ω(t t 0 ) with a period T = 1 yr, with a phase t 0 = day (June 2nd). The dashed vertical lines correspond to the maximum of the signal (June 2nd), while the dotted vertical lines correspond to the minimum.

Совпадение LVD-OPERA 3. Совпадение LVD-OPERA 172 м

На обоих экспериментах были проанализированы данные за 2008 год в течение времени работы пучка CNGS. Общее живое время для двух экспериментов составило дня. Во временном окне 15 мкс было найдено: 145 совпадающих событий, связанных с пучком CNGS (события от ускорителя); 38 совпадающих событий во время, когда пучок выключен (атмосферные события). Это мюоны, идущие по направлению, перпендикулярному к направлению на ЦЕРН. У первого набора данных ширина временного распределения 10.5 мкс, связанная со временем запуска пучка. Для второго набора (атмосферные мюоны) распределение узкое с пиком на наносекунды (время пролета мюоном расстояния, равного 172 метрам). Анализ данных продолжается

Радоновые данные 4. Радоновые данные В течение года на установке LVD продолжался мониторинг концентрации радона под землей. Во время сильного землетрясения в Аквиле в апреле этого года наблюдалось аномальное увеличение темпа счета LVD по низкому порогу, из которого следует, что концентрация радона превышала более чем на порядок среднее значение в радиусе более, чем 15 км от установки

Радоновые данные 4. Радоновые данные В течение года на установке LVD продолжался мониторинг концентрации радона под землей. Во время сильного землетрясения в Аквиле в апреле этого года наблюдалось аномальное увеличение темпа счета LVD по низкому порогу, из которого следует, что концентрация радона превышала более чем на порядок среднее значение в радиусе более, чем 15 км от установки

Зарядовое отношение мюонов космических лучей R = N µ+ /N µ- 5. Зарядовое отношение мюонов космических лучей R = N µ+ /N µ- Измеренная величина R µ (черный квадрат – данные LVD, кружки – данные OPERA, кривые – теоретические зависимости R(E µ )) R= (сист) 0.04 (стат). Впервые с помощью детектора LVD, не содержащего магнитного спектрометра, получено зарядовое отношение вертикальных мюонов космических лучей с энергиями Е > 1.3 ТэВ на уровне моря

Международный эксперимент OPERA предназначен для исследования осцилляций нейтрино в пучке от ускорителя CERNa. Целью эксперимента является наблюдение в пучке. Во время экспозиции были обнаружены взаимодействия нейтрино в эмульсионной части установки. Детальный анализ экспериментального материала продолжается. На детекторе OPERA проводились работы в области физики космических лучей: было измерено отношение числа положительно заряженных мюонов к отрицательно заряженным с использованием магнитных спектрометров.

Значения R µ, измеренные экспериментом OPERA в сравнении с другими экспериментами Одиночные мюоны: Множественные мюоны: Зарядовое отношение мюонов космических лучей

Физический этап эксперимента 1. В 2009 году во время работы ускорительного пучка российские ученые работали в составе групп, обеспечивающих проведение эксперимента CSR – замена сменных эмульсионных пластин и установка их в детекторе – (50 смен ) BMS - автоматизированная система извлечения эмульсионных блоков из детектора OPERA – (39 смен ). BH – извлечение эмульсионных блоков из детектора и отделение сменных эмульсионных пластин, маркировка эмульсионного материала рентгеновским пучком и космическими мюонами - (311 смен ). Проявка эмульсий в проявочном центре Гран Сассо - (168 смен ) Сканирование сменных эмульсионных пластин на автоматизированном комплексе лаборатории Гран Сассо (98 смены ) Всего за 2009 год было отработано 666 смен.

Физический этап эксперимента 2. В 2009 году продолжены работы для создания условий обработки эмульсий OPERA в России. Начато сканирование эмульсионного материала, переданного коллаборацией ОПЕРА в Россию. Получено новое оборудование для сканирования, полностью соответствующее европейским аналогам, используемым для обработки реальных событий, полученных в ходе эксперимента. Начата его установка и наладка.

Физический этап эксперимента 3. Создано программное обеспечение для моделирования взаимодействия нейтрино с веществом для анализа топологии событий и разработки критериев отбора событий, связанных с распадом таона. Были разработаны процедуры розыгрыша взаимодействия тау - нейтрино с рождением тау - лептона, восстановления треков и координат вершин взаимодействия и распада тау - нейтрино, а также проведены оценки величины угла излома трека и прицельного параметра. Найдены ошибки восстановления вершины взаимодействия тау - нейтрино с веществом эмульсионного блока. Получена точность восстановления точки распада тау - лептона. С помощью вновь созданного программного обеспечения получены распределения характеристик распада тау - лептона : угла излома трека для « длинных распадов » и прицельного параметра для « коротких распадов ». Полученные распределения не зависят от первичной энергии нейтрино и от рассмотренного канала распада тау - лептона. Проведено сопоставление результатов моделирования с моделированием на основе стандартных программ, используемых в эксперименте ОПЕРА, которое показало хорошее согласие.