Участие ОЭПВАЯ в проектах NEMO и ANTARES

2 40 км подводный кабель m La Seyne 42° 48 N, 6° 10 E Рядом с г. Тулон (Франция) Длина поглощения света 55 м (для λ=460 нм) Effective diffusion length > 300 m ANTARES (Astronomy with a Neutrino Telescope and Abyss environmental RESearch)

3 Участники ANTARES University/INFN of Bari University/INFN of Bari University/INFN of Bologna University/INFN of Bologna University/INFN of Catania University/INFN of Catania LNS – Catania LNS – Catania University/INFN of Pisa University/INFN of Pisa University/INFN of Rome University/INFN of Rome University/INFN of Genova University/INFN of Genova IFIC, Valencia IFIC, Valencia UPV, Valencia UPV, Valencia UPC, Barcelona UPC, Barcelona NIKHEF, Amsterdam NIKHEF, Amsterdam KVI Groningen KVI Groningen NIOZ Texel NIOZ Texel ITEP, Moscow ITEP, Moscow SINP MSU, Moscow SINP MSU, Moscow University of Erlangen University of Erlangen Rem. Stern., Bamberg Rem. Stern., Bamberg ISS, Bucarest ISS, Bucarest CPPM, Marseille CPPM, Marseille DSM/IRFU/CEA, Saclay DSM/IRFU/CEA, Saclay APC, Paris APC, Paris LPC, Clermont-Ferrand LPC, Clermont-Ferrand IPHC (IReS), Strasbourg IPHC (IReS), Strasbourg Univ. de H.-A., Mulhouse Univ. de H.-A., Mulhouse IFREMER, Toulon/Brest IFREMER, Toulon/Brest C.O.M. Marseille C.O.M. Marseille LAM, Marseille LAM, Marseille GeoAzur Villefranche GeoAzur Villefranche

4 ~70 м 12 линий (около 900 ФЭУ) 25 уровней на линии 3 ФЭУ на уровне 350 м 100 м 14,5 м Узловая коробка Соединительный кабель 40 км до берега Вид сверху Морское дно ~ м уровень Детектор (художественное изобр.)

5 Гидрофон: Акустическое позионирование Оптический модуль: 10 ФЭУ в 17 стекл. сфере детектирование фотонов Локальный управляющий модуль (в Ti контейнере): Оцифровка сигнала, часы, компас, измерение вращения/наклона Фонарь с голубыми светодиодами: калибровка времени Уровень

6 N det = A eff × Время × Поток E>10 ПэВ: Земля становится прозрачной для нейтрино E 3 события (7,5 атм) в год E10 ТэВ, разрешение ограничено погрешностью восстановления трэка Эффективная площадь и угловое разрешение для ν μ

7 микроквазары двойные системы активные ядра галактик Dark Matter (Neutralino) … магнитные монополи и т.п. Возможные источники остатки сверхновых гамма-всплески

8 AMANDA/IceCube (Южный полюс) Mkn 501 Mkn 421 CRAB SS433 Mkn 501 RX J GX339-4 SS433 CRAB VELA Galactic Centre ANTARES/KM3 (43° северной широты) IceCube и ANTARES

Нейтрино от сверхновых Нейтрино в фазе термализации (~20 сек) появление позитронов в детекторе Число хитов в детекторе (ANTARES-PHYS ): SN1987A в центре галактики (10 Kпк) 270 e + /кТон рождается в детекторе (модель 57, A. Burrow APJ 334 (1988) 891)

Число хитов в детекторе Для этой цели используется число хитов в одном таймслайсе (104,8 мс) (эта информация содержит ся в каждом файле данных) Используя 100 мс можно получить чувствительность 3,5σ для 500 ФЭУ Среднее число хитов в одном ФЭУ ~5500 (~55 кГц) Ожидаемое число хитов от сверхновой 100 мс составляет ~12 (

Фильтр биолюминисцинции Необходимо получить распределение хитов для каждого ФЭУ в течение одного рана (~45 минут) Обычно эти распределения можно разделить на 2 части – распределение Пуассона (из-за K 40 и биолюминисценции планктона) и длинного хвостаl (из-за вспышек биолюминисценции) Распределение Пуассона с верхней пределом будем называть ФПВ (функция плотности вероятности) хитов в ФЭУ. λ ФЭУ C ФЭУ α ФЭУ Фитирование функцией Пуассона Свободные парамтры: – λ ФЭУ (среднее) – C ФЭУ (верхняя граница) – α ФЭУ (нормализация)

Контроль ФЭУ У некоторых ФЭУ наблюдаются проблемы: I.Очень низкое число хитов (неполадки с ВН) II.Очень высокое число вспышек биолюминисценции III.Плавающее среднее число хитов (нестабильное ВН, или изменение активности биоорганизмов) Для контроля можно использовать следующие параметры: λ для I χ (известно после фитирования) для II и III

Контроль ФЭУ λ > 2000 χ < 0,0008 Один К 40 ран (~45 минут)

Примеры ФЭУ, прошедших контроль Всего таких ФЭУ – 553 (был проанализирован только один K 40 ран 17 мая 2009 – согласно e-log всего работающих ФЭУ было 570)

Применение фильтра Детектирование сверхновых Онлайн-контроль работы ФЭУ Изучение биолюминисценции

Фильтр Для дальнейшего анализа рана K 40 от 17 мая использовались только 553 ФЭУ прошедшие контроль Теперь необходимо исключить вспышки (фильтр биолюминисценции) В каждом таймслайсе h i (число хитов на ФЭУ i ) используется, если h i < C i C ФЭУ – 267 PMTs in time slice in average after bioluminescence cut

При известных C ФЭУ и λ ФЭУ, известна ФПВ (функция плотности вероятности) хитов в ФЭУ В каждом таймслайсе различный набор ФЭУ, прошедших фильтр биолюминисценции Можно получить ФПВ хитов в детекторе (H det ФПВ) используя ранее определённые ФПВ хитов в ФЭУ, которые прошли фильтр... #1#2#2 #3# t таймслайс #1таймслайс #2 H det ФПВ различны! Поиск сверхновых – H det ФПВ

H det ФПВ при сверхновой... #1#2#2 #3# #1#2#2 #3# t таймслайс #1таймслайс #2 t... таймслайс #1 Для каждого таймслайса будет H det ФПВ в отсутсвии сверхновой H det ФПВ в случае сверхновой сигнал от СН (Пуасс., λ=11.6)

Использование 2х H det ФПВ Использовать H det ФПВ в отсутствии сверхновой для определения H cut (красная линия) чтобы получить требуемую вероятность ложного срабатывания (фиолетовая площадь) (например, P=1,7*10 -7 если требуется один ложный сигнал в неделю) Использовать H det ФПВ в присутствии сверхновой и H cut чтобы посчитать вероятность регистрации сверхновой (зелёная площадь) Вероятность регистрации сверхновой Вероятность ложного сигнала (NB – для расчётов будет использоваться хвост распределения) Чёрная кривая – H det ФПВ в отсутствии сверхновой, зелёная – при сверхновой (образец)

Основная цель – знать правый хвост H det ФПВ с высокой точностью для расчёта H cut аппроксимация H det ФПВ функцией Гаусса M det =Σm i, где m i это среднее ФПВ хитов в i м ФЭУ, где σ i это стандартное отклонение ФПВ хитов в i м ФЭУ NB – ФПВ хитов в ФЭУ не является ф-й Гаусса Расчёт H det ФПВ ФЭУ 1 ФЭУ m 1, σ 1 m 267, σ 267 H det – ф-я Гаусса M det, S det

Проверка аппроксимации Моделирование Использовались 267 ФЭУ Промоделировано 10 5 таймслайсов (все 267 ФЭУ давали сигнал h i < C i в каждом таймслайсе) Построено р-е H det -M det Добавлена ф-я Гаусса 0, S det

Пуассоновский фит для одного рана. После для каждого ФЭУ имеем: λ i, C i, среднее ФПВ (m i ), стандартное отклонение (σ i ) Таймслайс за таймслайсом: Используем хиты с ФЭУ (h i ) если h i < C i Расчитываем: - Число хитов в детекторе (H det =Σh i ) - M det =Σm i Аппроксимируем H det ФПВ функцией Гаусса с M det, S det выбираем H cut чтобы было 1 ложное срабатывание в 1 час (или другое) Если H det - H cut > 0 то в данном таймслайсе СН Схема поиска сверхновых no SNSN

Результаты поиска Обработан один ран K 40 Требуемое число ложных СН 1/час. Вероятность регистрации СН была расчитана при условии, что число хитов имеет р-е Пуассона λ = 11,6 Моделировани 267 ФЭУ. Показан H cut для 1с/час

Если будет 900 ФЭУ Моделирование для 600 ФЭУ (вероятное значение после фильта биолюминисценции) 1 срабатывание/час – 6,7% зарегистрировать СН

Geant4 моделирование НЕМО (Я. Яковенко) Цель – моделирование сигнала от распада К 40 сравнение с экспериментальными данными (проверка угловой восприимчивости ФЭУ, калибровка).

Моделирование НЕМО С – нормированное число совпадений (С = N совп *N ген /V ген ). При больших объёмах генерирования не должно зависеть от объёма генерирования.

Результаты и планы АНТАРЕС откалиброван, идёт активный набор данных Сотрудники ОЭПВАЯ и КОЯФ начали работу в НЕМО и АНТАРЕС Проведено Geant4 моделирование этажа НЕМО Был разработан фильтр биолюминесценции НЕМО: планируется завершить обработку экспериментальных данных, провести сравнение АНТАРЕС: планируется завершить разработку методики поиска сверхновых, принять участие в калибровке измерения заряда на ФЭУ (число фотоэлектронов), восстановлении энергии мюонов.

Добро пожаловать!