"Нейтринная физика" 20.12.2007 OPERA- дальние нейтрино Т.М.Роганова от лица (НИИЯФ МГУ, ФИАН им.П.Н.Лебедева, ИЯИ РАН) - презентация

1 "Нейтринная физика" OPERA- дальние нейтрино Т.М.Роганова от лица (НИИЯФ МГУ, ФИАН им.П.Н.Лебедева, ИЯИ РАН)

2 "Нейтринная физика" Целью эксперимента OPERA является наблюдение осцилляций ν µ в ν τ в пучке ν µ от ускорителя CERN SPS посредством прямой регистрации распада τ-лептонов в ядерной эмульсии в подземной лаборатории Гран-Сассо. Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus (OPERA) – эксперимент по прямому наблюдению осцилляций нейтрино.

3 "Нейтринная физика" Пучок мюонных нейтрино от ускорителя SPS в CERN направляется на детектор, находящийся в 732 км в подземной лаборатории Gran Sasso. 2,7*10 -3 сек

4 "Нейтринная физика" Детектор эксперимента ОPERA 31стена из эмульсионных кирпичей/ supermodule (всего: , 1766 Т) Targets Magnetic Spectrometers Proposal: July 2000, Монтаж установки в LNGS : May 2003 Первые наблюдения нейтрино в пучке CNGS : August 18 th, 2006 SM1SM2

5 "Нейтринная физика" OPERA Super-module OPERA Trackers in pictures & numbers details of the first spectrometer 5900 m² scintillator detectors – 3050 m² Resistive Plate Chambers m long drift tubes - ~2000 tons of Fe

6 "Нейтринная физика" Главный элемент детектора эмульсионные пластины исследоваться события взаимодействия нейтрино, в том числе, появление которых связано с эффектом осцилляции.

7 "Нейтринная физика" Эмульсионные пластины (для эксперимента OPERA потребуется~ 10 миллионов), состоят из прозрачной пластиковой основы толщиной 200 мкм, на которую с двух сторон нанесены эмульсионные слои толщиной 50 мкм, покрытые тонким защитным слоем желатина. Радиус зерен эмульсии – около 0.2 мкм, плотность – 30 зерен/100 мкм. Пластины производились с использованием промышленных линий компании Fuji, что обеспечило ровную поверхность и постоянную толщину.

8 "Нейтринная физика"

9 Brick Manipulation System Ventouse Vehicle BMS ECC brick Installed and commissioned for both sides. Ready to fill the detector at speed of 4 drums/10 hours High precision robot-manipulator for Brick handling: to fill the detector, to extract the bricks daily

10 "Нейтринная физика" При обработке эмульсий планируется выделять следующие основные типы событий: Основной целью проекта OPERA является выделение событий пятого типа. Время жизни -лептона 2.9 · с. Основные каналы распада: 17.8%, 17.7%, 49.5%. Вероятности распадов равны :

11 "Нейтринная физика" Детектирование появления сигнала от Два требования: большая масса пространственное разрешение отбор сигнала подавление фона Мишень:1800 Т, продолжительность5 years взаимодействий ν ~150 взаимодействий ~15 идентифицируется < 1 фон Отбор по топологии события: Kink Задача: отличить взаимодействия от взаимодействий - Decay kink - ~1 mm осцилляции -

12 "Нейтринная физика" CSD plane 20x15 = 300 CSD = 3.75m 2

13 "Нейтринная физика" В 2006 году был проведено тестирование электронного детектора совместно с пучком мюонных нейтрино. Было зарегистрировано около 300 взаимодействий нейтрино во время тестовой работы пучка и детектора OPERA.

14 "Нейтринная физика"

15 В 2007 году установка OPERA была заполнена эмульсиями (150 тысяч эмульсионных кирпичей общей массой В 2007 году проводилось тестирование с использованием потока космических мюонов. В сентябре-октябре 2007 года - работа с ускорительным пучком. Пучок стартовал 17 сентября 2007 года.

16 "Нейтринная физика" Во время сеанса пучка все электронные детекторы OPERA работали нормально. В течение пучка скорость работы тригера была ~ 15 Ггц, живое время системы съема информации превышало 98%. 3 категории событий: взаимодействия в магните. взаимодействие в скальном грунте, взаимодействия в мишени по каналу заряженного или нейтрального тока (в зависимости от присутствия мюона).

17 "Нейтринная физика" октября 2007 года в 17:04 первое нейтринное взаимодействие (порядковый номер ) обнаружено в мишени.

18 "Нейтринная физика" В результате экспресс-обработки эмульсионных блоков найдено 38 событий, из них 29 событий, связанных с взаимодействиями по каналу заряженных токов и 9 событий, связанных с взаимодействиями по каналу нейтральных токов. Анализ экспериментального материала продолжается.

19 "Нейтринная физика"

20

21

22 Работа российских участников эксперимента проводилась по нескольким направлениям:

23 "Нейтринная физика" Работа российских участников эксперимента проводилась в Италии и России по нескольким направлениям: Участие в изготовлении эмульсионных блоков и в заполнении ими эмульсионного детектора. В этой работе в течение всего года постоянно участвуют российские участники эксперимента. До середины мая было произведено кирпичей, за последние 4 месяца В сутки за две смены работы изготавливается кирпичей. Упаковка и сборка съемных эмульсионных пакетов – Changeable sheets (CS). Необходимо подготовить несколько сотен тысяч СS. Работа по созданию СS проводится в темном помещении подземной лаборатории Гран-Сассо. Технологическая процедура включает несколько этапов - refreshment эмульсии, сборка СS, вакуумная упаковка. С середины 2006 года в этой работе постоянно участвуют российские сотрудники. В 2007 году во время тестового ускорительного пучка российские ученые в качестве экспертов принимали участие в работе по проявке эмульсий в проявочном центре Гран-Сассо.

24 "Нейтринная физика" Зависимость величины фона (числа зерен вуали) от продолжительности хранения и наличия вакуумной упаковки. Исследование выполнено на основе автоматизированного сканирования. В 2007 году проведен анализ изменения свойств эмульсий, использованных в эксперименте в процессе хранения и процедуры refreshment, а также сравнительный анализ эмульсионных партий на примере CS. Было обнаружено появление вуали в процессе хранения CS. В результате совместных исследований было показано, что это явление связано с процессом диффузии алюминия в эмульсию в условиях плотного прилегания пакетов к эмульсии. Предложено уменьшить уровень вакуума, что позволит избежать появления вуали.

25 "Нейтринная физика" В 2007 году продолжены работы для создания условий обработки эмульсий OPERA в России на комплексе ПАВИКОМ (Полностью АВтоматизированный Измерительный КОМплекс) в ФИАНЕ. Переход на более совершенную технологию CMOS Active pixel. Для эксперимента OPERA было приобретено оборудование для снятия и обработки изображения с микроскопа - скоростная CMOS камера Microtron MC1310 с чувствительной матрицей Microtron MT9M413. Быстродействие CMOS-камеры – порядка 500 кадров в секунду, у простой CCD – менее 40 кадров в секунду. Достоинствами CMOS технологии является низкое энергопотребление, малый размер камеры, возможность получать изображение с предварительно заданного региона матрицы, более высокое быстродействие. За основу разработки программы автоматизированного сканирования была взята библиотека libACQ программного пакета FEDRA. Библиотека libACQ написана для сканирующей станции, собранной на базе CMOS камеры Mikrotron MC1310 и позволяет выполнить полный цикл операций для сканирования и обработки on-line эмульсионных пленок OPERA.

26 "Нейтринная физика" ПАВИКОМ -2 Микроскоп МПЭ-11, CMOS-камера Mikrotron MC1310, подвижной столик Carl Zeiss, микроконтроллер MCU-26 В 2007 году продолжены работы для создания условий обработки эмульсий OPERA в России на комплексе ПАВИКОМ (Полностью АВтоматизированный Измерительный КОМплекс) в ФИАНЕ.

27 "Нейтринная физика" Алгоритм сканирования и обработки одного поля изображения эмульсионной пленки состоит из нескольких этапов: 1)горизонтальное движение в точку (x,y) очередного поля зрения; 2)движение объектива в вертикальной плоскости и одновременная запись кадров в 16 уровнях по Z; 3)предварительная обработка 16 изображений – вычитание фона; 4)поиск кластеров на всех изображениях (бинаризация, выделение конгломератов пикселей), сохранение значений центра кластера (x,y) и размера в пикселях; 5)поиск микротреков по кластерам, сохранение информации о микротреках в специальном файле в формате ROOT.

28 "Нейтринная физика" Для проверки алгоритма (поиска кластеров) одни и те же «эталонные» изображения эмульсии были обработаны программой libACQ. Размер изображения 1280x1024 пикселя, размер поля зрения 390x310 мкм 2, размер пикселя 0.3 x 0.3 мкм 2. На рис. 4 представлено изображение одного кадра. «Эталонное» изображение 1280x1024 пикселя, полученное на установке ЕСС в Италии.

29 "Нейтринная физика" Проверка работы программы по поиску кластеров

30 "Нейтринная физика" Проверка работы алгоритмов на треках, полученных моделированием Параметры розыгрыша треков: Число срезов по глубине в эмульсии, nz Расстояние между срезами, step плотность фона, n_fog (per 1000 mkm^3) плотность блобов вдоль трека, n_blob (per 100 mkm) направление оси конуса пучка, тангенс угла наклона с осью Z, theta степень непараллельности, stheta ошибка в плоскости xy, s_blob общее число треков, n_tracks

31 "Нейтринная физика" Характеристики блобов, набор 5

32 "Нейтринная физика" Искусственные треки, набор 5, алгоритм модифицирован 26 ноября Число слоев, nz 18 Шаг сканирования, step 3 плотность фона, n_fog (per 1000 mkm^3) 5.6 плотность блобов вдоль трека, n_blob (per 100 mkm) 30 направление оси конуса, тангенс угла наклона с осью Z, theta 0.5 степень непараллельности, чем больше, тем они менее параллельны, stheta 0.05 ошибка в плоскости xy, s_blob 0.2 общее число треков, n_tracks 5050 segments selected66 seeds selected198 number of merging12 segments after merging54 segments after refitting46 segments saved (out of 66)46 Параметры: double k=10.5; int nseedmax[8]={10.*k,10.*k,10.*k,10.*k,15.*k,20.*k,20.*k,20.*k}; Трекинг 5 46 треков из 50

33 "Нейтринная физика" Изображение,полученное на ПАВИКОМ Объектив 40х, с иммерсией, размер изображения 1280x1024 пикселя, или 285x228 мкм2. 19 изображений по высоте, полученных с шагом 3 мкм; 2081 кластер найден по всем глубинам; обрабатывается поле зрения 100x100 мкм;

34 "Нейтринная физика" Часть кадра 320x256 пикселей Всего для каждого поля зрения снимается 19 кадров, расстояние между кадрами - 3 мкм, скорость движения объектива по высоте - 18 мкм/с, частота кадров кадров/с. Захватывается каждый 16 кадр.

35 "Нейтринная физика" Характеристики кластеров в реальном изображении

36 "Нейтринная физика" Распределение треков

37 "Нейтринная физика" В результате: завершен этап модернизации российского комплекса ПАВИКОМ, связанный с адаптацией программного пакета libACQ. проводится тестирование и отладка алгоритма восстановления микротреков на основе анализа искусственных событий. проведена обработка изображений эмульсии с выделением микротреков по фотографиям и по изображению с микроскопа.

38 "Нейтринная физика" Заполнение детектора эмульсионными кирпичами в 2008 году Планируется работа с пучком 150 дней !!!!!!

39 "Нейтринная физика"

40

41 Тестирование программного обеспечения проводится на эмульсиях эксперимента OPERA, облученных во Фраскати (проведение сканирование одних и тех же эмульсий в России и Италии, сопоставление данных по количеству кластеров и микротреков). На площади одного кадра в зависимости от эмульсии и условий экспозиции алгоритм находит порядка 50 тыс. кластеров различной величины.

42 "Нейтринная физика" Поиск микротреков и запись информации на диск – заключительный этап обработки одного кадра. Алгоритм имеет множество параметров настройки - подбор параметров для данных условий сканирования. Пространственное распределение треков.

43 "Нейтринная физика" Поиск микротреков и запись информации на диск – заключительный этап обработки одного кадра. Алгоритм имеет множество параметров настройки - подбор параметров для данных условий сканирования. Пространственное распределение треков.

44 "Нейтринная физика" Искусственные треки, набор 1 Трекинг 1 9 найдено из 10. Число слоев, nz18 Шаг сканирования, step3 плотность фона, n_fog (per 1000 mkm^3) 0 плотность блобов вдоль трека, n_blob (per 100 mkm) 30 направление оси конуса, тангенс угла наклона с осью Z, theta 0.5 степень непараллельности, чем больше, тем они менее параллельны, stheta 0.05 ошибка в плоскости xy, s_blob 0.2 общее число треков, n_tracks 10