15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » OPERA – статус и перспективы эксперимента Цели эксперимента Детектор Сегодняшний статус Дальнейшие перспективы. - презентация

1 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » OPERA – статус и перспективы эксперимента Цели эксперимента Детектор Сегодняшний статус Дальнейшие перспективы Ю.А.Горнушкин (ОИЯИ)

2 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » The OPERA collaboration 36 INSTITUTIONS, ~200 PHYSICISTS Annecy, Lyon, Strasbourg Dubna, Moscow (INR,LPI,ITEP,SINP MSU) Obninsk Zagreb LAquila, Bari, Bologna, Frascati, LNGS, Napoli, Padova, Roma, Salerno Bern Neuchatel Zurich Brussels Hamburg, Münster, Rostock Sofia Aichi, Toho Kobe, Nagoya Utsunomiya Technion Haifa METU Ankara Gyeongsang

3 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » В результате 50-летних поисков, исследований и экспериментов с Солнечными нейтрино Атмосферными нейтрино Нейтрино от реакторов и ускорительных нейтрино Существование нейтринных осцилляций окончательно подтверждено 50 лет осцилляциям MNSP

4 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Цели ускорительных нейтринных экспериментов Подтверждение осцилляций, наблюдаемых в атмосферном секторе Точное измерение параметров Dm 2 32 и sin 2 (2q 23 ) Определение участвующих в осцилляциях типов нейтрино – непосредственное наблюдение Поиск рождения e для определения неизвестных элементов PMNS К2К MINOS OPERA

5 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Эксперимент OPERA Direct search for oscillations by looking at the appearance of in a pure beam to explain atmospheric neutrinos anomaly and results of K2K and MINOS. Search for the subdominant e oscillations for 13 measurement ~17 GeV (ECM >> m ), L=732 km Детектор должен быть одновременно очень массивным для регистрации и обладать микронным разрешением для регистрации распада лептонов - ECC 1400 m 4.5x10 19 pot/year CC / kton 2900 NC / kton 875 ( GeV ) 17 ( e + e ) / 0.85 % / 2.1 % prompt negligible

6 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » 8 cm (10X 0 ) Схема регистрации ECC Схема регистрации в ECC PbES Pb x ~ 5 mrad x ~ 0,5 m emulsion grains track segment ( m) 1 mm ~15 grains/50 m e, h e, decay kink >25 mrad Pb обеспечивает массу детектора, ядерная фотоэмульсия субмикронное разрешение для регистрации OPERA ECC brick bricks in total

7 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Detector today : electronic detectors OK Brick filling on the way : Bricks already inserted LNGS Hall C

8 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Veto plane (RPC) High precision tracker Instrumented dipole magnet 6 4-fold layers of 1.53 T drift tubes 22 XY planes of RPC in both arms Muon spectrometer (8×10 m 2 ) SM1 SM kton The OPERA detector Target and Target Tracker (6.7m) 2 Target : bricks, 29 walls Target tracker : 31 XY doublets of 256 scintillator strips + WLS fibres + multi- anodes PMT for Brick selection Calorimetry

9 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Status of brick production Brick Assembly Machine: piling/pressing section Brick Assembly Machine: wrapping section Detector filling in progress, ~ bricks inserted 9*10 6 emulsions & lead plates bricks to be produced production rate ~ 700/day June 10 th July 28 th 8.3 Kg

10 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Brick Insertion & Extraction Loading station and brick drum Draw bridge for brick insertion Storage Carrousel Digital camera for positioning Vacuum sucker vehicle to retrieve bricks Electric jack to insert bricks Portico Manipulating platform Spatial precision o(0.1 mm) on ranges o(10 m) using digital camera vision Tagged bricks will be extracted every day quasi online experiment

11 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Принцип автоматического сканирования 200 m Перемещением объектива по Z и ограничением глубины резкости до 3-4 m изображение в эмульсии вырезается на разной глубине и регистрируется видеокамерой со скоростью до 4kfps, изображение обрабатывается спецпроцессором и оцифровывается. Из отдельных зерен восстанавливаются микротреки, которые сшиваются для полной реконструкции события Silver grains 15 frames per 40 m Digitized hits Измерение импульса по многократному рассеянию а Pb dE/dx для /µ разделения при низких энергиях Высокая точность электронной идентификации, измерение энергии

12 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Сканирующие системы ОПЕРА ESS in Europe Very powerful system embodying longtime experience of Nagoya U. group: Dedicated hardware with track finding algorithms hard coded (image preprocessor, track recognition processor), very fast custom CMOS camera (4kfps) Scanning speed of 40 cm 2 /h Based on commercial components, easy to reproduce Software algorithms 20 cm 2 /h scanning speed achieved Both systems demostrate: ~0.3 μm spatial resolution ~ 2 mrad angular resolution ~ 95% base track detection efficiency S-UTS in Japan ~40 system installed in Japan and Europe

13 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » The E uropean S canning S ystem CMOS camera 1280×1024 pixel 256 gray levels 376 frames/sec (Mikrotron MC1310) XY stage (Micos) 0.1 μm nominal precision Emulsion Plate Z stage (Micos) 0.05 μm nominal precision Illumination system, objective (Oil 50× NA 0.85) and optical tube (Nikon) В настоящее время ОИЯИ монтирует ESS и примет участие в сканировании и поиске тау-нейтрино

14 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Этапы подготовки эксперимента May 2006: полный запуск электронных детекторов Aug 2006: Запуск CNGS, технический сеанс, при 0.76*10 18 pot набрано 319 нейтринных взаимодействий в скальном грунте, веществе детекторов Oct 2006: начало производства кирпичиков Oct 2007: короткий физический сеанс (~40% мишени) 0.82*10 18 pot 38 событий зарегистрировано в мишени

15 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » µ CC Hadronic shower muon µ - n Hadronic shower E =7.8 GeV First OPERA neutrino event located in brick (October 2 nd 2007) 18 m Bologna scanning laboratory 1 cm

16 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » µ n Hadronic shower µ µ NC Hadronic shower 18 m Nagoya scanning laboratory 2 cm

17 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » 17MIAMI prongs a b e d c f TkSlopeCS tkStopIP ( m) A-0.028, B-0.114,0.143(7?)570.3 C0.091, D-0.166, E0.127, F-0.370, Shower0.019, ,838- EVENT ID

18 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Этапы подготовки эксперимента May 2008: кирпичиков установлено (~80%) Jun 2008: OPERA заполнение детектора завершено. Начало полномасштабного сеанса набора данных Ожидается около 3*10 19 pot за 147 дней работы SPS и около 2000 событий

19 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » - decay channels m 2 (Full mixing) Background 2.5 x (eV 2 )3.0 x (eV 2 ) - µ e h h ALL years CNGS data taking ( pot/year ) 1.35 ktons target mass Ожидаемое число событий Ожидаемое число событий

20 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » SK 90% CL (L/E analysis) Discovery probability % Last MINOS measurement 3 σ sensitivity 4 σ sensitivity Чувствительность OPERA

21 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Заключение Все этапы подготовки эксперимента полностью завершены : Запущен нейтринный пучок ЦЕРН-Гран Сассо Запущены все электронные детекторы, все параметры (эффективность, разрешение) полностью соответствуют ожидаемым Созданы сканирующие станции с высокой эффективностью и производительностью, отвечающей ожидаемому числу событий Изготовлено и установлено в детектор 80% элементов мишени (полное заполнение к июню) Роботы-манипуляторы готовы к ежедневному извлечению «кирпичиков» мишени, а химическая лаборатория к проявлению находящейся в них эмульсии Программы и алгоритмы позволяющие эффективно идентифицировать вершину события с помощью системы целеуказания электронных детекторов проверены в сеансе 2007 года Эффективность ECC и методов поиска вершины события в эмульсии с помощью сканирующих станций как в Японии, так и в Европе успешно проверены на событиях отладочного сеанса 2007 года. Коллаборация ждет начала первого большого физического сеанса, который начнется через месяц и, возможно, подарит первое событие

22 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » OPERA sensitivity to 13 By fitting simultaneously the E e, missing p T and E vis distributions: sensitivity ~ 90% Limits at 90% C.L. on sin and 13 ( m 2 23 =2.5x10 -3 eV 2 ; sin 2 23 =1) Experiment sin CHOOZ< 0.14< 11º MINOS< 0.06< 7.1º OPERA 5 yr< 0.06< 7.1º JHF 5 yr< 0.006< 2.5º (by-product e )

23 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » Some history Some history Despite : CNGS postulated in 1979 Kamiokande result in LSND … All Wrong European physicists have limited the accelerator program inside the fence of CERN, arguing on: Confusing experimental results Strong theortical arguments: J. Ellis et al. (CERN-TH ) G. Altarelli et al. (Neutrino Telescope) Atmospheric neutrinos ALL WRONG

24 15 May 2008 Ю. А. Горнушкин « Марковские чтения » OPERA detector Target Walls/ Target Tracker (31 walls) Muon Spectrometers SM1 SM2 BMS TT provides an identification of the ECC brick where neutrino interaction took place. MS provides muon momentum and its sign ECC bricks organized in 2x31 walls (1350 tons)