Акустические методы детектирования нейтрино Орлов М.В. Научные руководители: К.ф-м.н. Широков Е.В. Проф. Деденко Л.Г. - презентация

1 Акустические методы детектирования нейтрино Орлов М.В. Научные руководители: К.ф-м.н. Широков Е.В. Проф. Деденко Л.Г.

2 Нейтрино: откуда атмосферные солнечные галактические космические

3 солнечные Солнце: полностью построена модель. Основное выделение нейтрино в реакции превращения восьми протонов в две альфа-частицы. В основном нейтрино с энергией

4 Однако ожидаемые потоки нейтрино не соответствуют реальным. Теория осцилляций: изменение аромата нейтрино при движении. Доказан факт существования эффекта, но нет чёткой численной модели. галактические В нашей галактике известно несколько объектов, ускоряющих ионы до высоких энергий. Тот же эффект, что и в атмосфере Земли: рождение фотонов и нейтрино. Потоки известны.

5 космические Все внеземные источники. Множество теорий: эффект ГЗК, ядра активных галактик, молодые остатки сверхновых, распад топологических дефектов и т.д. При этом: Отсутствие чётких предсказаний энергий и потоков Нейтрино как идеальная частица: не взаимодействует с веществом и не отклоняется магнитными полями На данный момент отсутствие каких-либо чётких экспериментальных данных Теоретические пределы на потоки меньше возможностей современных установок

6

7 Как ловить? Три типа реакций: Нейтрино + нуклон лептон + адрон Упругое рассеяние на лептоне Упругое рассеяние на нуклоне Вторая и третья – только в области поиска осцилляций. Основная реакция для нейтринной телескопии первая. Блокируем приходящие частицы, полагая, что все идущие снизу имеют нейтринное происхождение.

8 Методы детектирования радиоизлучение черенковский свет акустические волны

9 Особенности акустического метода Черенковский метод разработан и популярен в настоящее время. Эксперименты на системах гидрофонов проводились в проекте SAUND с 2003 года. Нет устоявшихся наработок. Длина затухания сигнала в воде для максимальной частоты составляет около километра, в то время как Черенковский свет затухает в течение ~70 метров. Как следствие более дешёвые установки. Новые телескопы ANTARES, NEMO, IceCube разрабатываются с приоритетом оптического детектирования, но тем не менее, в них существуют проекты по установке гидрофонов. Пиковые частоты: 8 килогерц для океана, 20 для льда и 42 для солей. Для нейтрино энергии электронвольт подавляющая часть энергии выделится в цилиндре длиной 10 метров и радиусом 20 сантиметров.

10 Гибридный метод Л. Деденко Цель: смоделировать акустическое поле от нейтрино ультравысокой энергии. Проблема: прямые вычисления требуют очень большого машинного времени. Решение: использовать разные подходы для разных диапазонов энергии. Состояние: грубые приближения, требуется использование более точных методов.

11 Энергии > E LPM ~10 15 эВ Эффект Ландау-Померанчука-Мигдала, уменьшение сечений физических процессов у быстрых частиц. Усреднение неравномерностей с помощью метода Монте- Карло. Монте-Карло E LPM

12

13

14 Энергии > E thr =10 10 эВ Линейный метод транспортных уравнений. Нижний предел по энергии обусловлен увеличением количества частиц, удалённых от центра пучка. Транспортные уравнения Монте-Карло E LPM E thr

15 Энергии вплоть до нуля Снова моделирование методом Монте-Карло. На этот раз с помощью Geant4. Построение усреднённых распределений энергии и последующее их интегрирование с функциями источника. Монте-Карло Транспортные уравнения Монте-Карло E LPM E thr

16 Получение конечного распределения энергии Транспортные уравнения Монте-Карло

17 Структура метода Монте- Карло (Geant4) Транспортные уравнения Монте- Карло E LPM E thr Нейтральные пионы распадаются с испусканием двух фотонов Электромагнитный ливеньЭ/м ливень Распределение энергии Расчёт акустического поля с помощью уравнения Пуассона

18 Моделирование в нижнем диапазоне энергий Делается с помощью библиотеки для моделирования прохождения частиц через вещество Geant4, разработанной в CERNе. Для решения соответствующей задачи написана программа на C++, работающая в операционной системе Linux.

19 Идеология Geant4 Управляющий класс Конструкция детектора Используемые процессы Начальные частицы Выборка данных

20 Что моделируется

21 Написанная программа Типичная структура программы на Geant4 Чтение настроек из файла и из командной строки Сохранение результатов в текстовые файлы

22 Написанная программа Возможности: Свободное изменение параметров без перекомпиляции Запись каждого моделирования в отдельный файл Выбор из разных электромагнитных моделей Изменение размеров цилиндра моделирования, энергии и прочего Отдельные программы для усреднения результатов и построения графических файлов Что это даёт: Возможность автоматизации путём варьирования параметров в цикле с помощью командных файлов Linux Надёжность работы

23 Одно событие 10 ГэВ

24 10 событий

25 70 событий

26 500 событий

27 1000 событий

28 5000 событий

29 Статус программы Отлажена и работает Получены распределения энергий для разных электромагнитных моделей и разных начальных энергий частиц Нужно понять, какой моделью пользоваться, удостовериться в истинности результатов

30 Планы и перспективы Построить целостную реализацию предложенного гибридного метода Получить первые результаты Разобраться в возможностях ускорения работы путём аппроксимации библиотеки данных какими-либо функциями