Simulation pour un water Čerenkov en Europe" - GDR ν - Marseille, 14 - 15 Octobre 2008
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Simulation pour un water
Čerenkov en Europe"
GDR ν – Marseille, 14 – 15 Octobre 2008
Michela Marafini – APC , AstroParticule et Cosmologie ‐ Paris 0
SOMMAIRE" • Water Čerenkov en EU
• LAGUNA
Memphys" • EUROnu
• MEMPHYS
• Géométrie du détecteur
• Site de Fréjus
• Physique du WC
• Simulation
• R&D: PMm2, Memphyno
• MEMPHYno
• Motivation
• APC – Fréjus – CERN
• Simulation prototype
• Cuve
Water Čerenkov en Europe" • Hodoscope
•…
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 1
Water Čerenkov"
SuperKamiokande
HyperKamiokande
Memphys
UNO/3M Dusel
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 2
LAGUNA"
Design of a pan-European
infrastructure for large
apparatus studying grand
Large Apparatus for Grand Unifica4on and Neutrino Astrophysics
unification and neutrino
astrophysics approved as fp7
research infrastructure design
study ec funding 1.7M€"
Référent en France T. Patzak
Coopération Européenne (21 Instituts et 10 pays) dédiée à:
• Proton decay
• Limite sur le temps de désintégration jusqu’à 1035y
• Supernovæ (explosion & ‘’relic’’)
• Rayons Cosmiques (ν atm)
• Neutrinos de • ν solair é sν
,
ié t e!
• Accélérateur (super‐beam, β‐beam) o pr nomi
Pr tro
• Geo ν As
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 3
GLACIER: Liquid Argon"
LAGUNA"
MEMPHYS:
Water
Čerenkov
(≈ 1 Mton)
LENA: Liquid scintillator "
• 7 sites candidates in Europe:
• Boulbu
• Fréjus
• CNGS off‐axis
• LSC
• Pyhäsalmi
• Sulab
• IFIN‐HH
4
(→ 50 Ktons)
Euronu
Un faisceau Européen
de grande intensité
pour l’étude des
oscillations de
neutrinos.
P. Soler (NNN08, Paris)
Etude des performances physiques d’un détecteur Čerenkov à
eau dédié à la mesure des paramètres d’oscillation de neutrinos
avec Super‐beam et β‐beam, y compris la réponse détaillé et le
bruit de fond .
• APC‐Paris ( Référent WP5 A. Tonazzo)
• LAL‐Orsay
• LAPP‐Annecy
• … 5
MEMPHYS" • 130 Km du CERN
• 4800 m.w.e.
MEgaton Mass PHYSics at Frejus
65m
60m
Acquisition regroupée:
• Water Čerenkov (“cheap and stable”)
• Masse fiducielle totale: 440 kt
• Baseline:
• 3 modules cylindriques 60x65 m
• Taille limitée par la longueur d’atténuation de la lumière (λ~80m) et
par la pression sur les PMTs;
• Readout: 12” PMTs, 30% geom. cover (#PEs =40%cov. with 20” PMTs);
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 6
Le site de
MEMPHYS" Fréjus"
MEgaton Mass PHYSics at Frejus
L. Mosca (Contact person)
• 130 Km du CERN
• 4800 m.w.e.
Laboratoire
Souterrain
de Modane
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 7
MEMPHYS" Physique du
Water
• Désintégration du proton: Čerenkov"
p → e+ π0 "golden" channel’’
(SK a montré que c’est possible même: p → K+ ν )
Possibilité de utilise les neutrinos des
• Neutrinos de collapse SN: SN comme trigger rapide
(coïncidence des événements).
‐‐ > Access au: SN jusqu'a ~5 Mpc. Ando et al.,
astro-ph/0503321
• Mécanisme d’explosion de SN
p
• Paramètres de production des neutrinos et n γ
propriétés νe
• Neutrinos diffus de SN:
p
Gd γ
Signal / bkg: avec le Gd le bruit de fond se reduit e
+
(les non - νe sont rejetés) by M. Nakahata
• Paramètres des oscillations des ν: Zucchelli,
Phys.Lett. B 532 (2002)
• Bonne sensibilité pour la mesure de θ13 et δCP avec Possible combinaison des
Super‐beam (νµ→ νe) et β‐beam (νe→ νµ). deux faisceaux.
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 8
Simulation en
MEMPHYS" Geant4"
e-
ν p e+ n
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 9MEMPHYS"
Travail en cours:
• Générateur d’événements: NUANCE.
• Simulation: code adapté par J.E. Campagne
et utilisé par M. Fechner et al. à partir de
T2K‐WC‐2Km. Visualisation "à la SK" developed
[E.Richard ‐ APC]
Atm.ν
• Etude de collection de la lumière:
[J.E.Campagne, N.Vassilopoulos]
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 10MEMPHYS"
Travail en cours:
• À développer:
• Révision du code pour améliorer
l’implémentation de la géométrie;
• implémentation de la simulation de
l’électronique;
• reconstruction des événements.
Etude de les variation de la longueur
d’atténuation de la lumière dans
Collaboration de l’APC et du LAPP l’eau: transparence de l’eau
(composition et température).
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 11Memphyno
MEMPHYS"
PMm2 Électronique intégrée:
Memphys a besoin PArISROC
d’une acquisition
• 500k€/3yrs financés par l’Ageance regroupés qui rende
Nationale de la Recherche (ANR) l’électronique agile
française pour 2007‐2010 et rapide ."
http://pmm2.in2p3.fr
• La philosophie est de remplacer le • Générateur HV pour 4x4 PMTs (2kV‐2mA) – 1 power
PMTs 20’’ avec de PMTs 12 ‘’ supply locale (48V‐30W, power over Ethernet standard)
LAL: électronique du front end Joël Putas IPN Orsay
Travail avec
IPNO: test des PMTs + mécanique Photonis pour la
réalisation des
LAPP: Data network PMTs 12 ‘’ adapte a
l’exigences de
Test des PMTs à la Pression: ≈ 10 bars Memphys. !
Collaboration avec BNL
(M. Diwan) commencé à
NNN07: tank de DUSEL ,
test IPNO contact: J.E.Campagne
campagne@lal.in2p3.fr
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europeprototype de
MEMPHYNO" memphys"
• ~ 8 Tonnes d’eau + Gd (?)
Étude (et simulation) de collection de lumière
•2x2x2 m3 (Fréjus dim.)
Čerenkov: tests avec des muons comiques
• hodoscope: ‘’trigger ’’
(directions sélectionnées avec l’hodoscope).
• matrice 16 PMTs de 12’’
• Test complet de la chaîne
‘’électronique et acquisition’’
• Étude de seuil de déclenchement
• self‐trigger mode
• Performance de reconstruction des
traces
• Gd doping: flexibilisation et
performance
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 13prototype de
MEMPHYNO" memphys"
Étude (et simulation) de collection de lumière
Čerenkov: tests avec des sources ponctuelles.
• Peu de ph.e
Eff. Quant. ~23 %
• Seuil Čerenkov
électrons: 1MeV
XP 300 mm
hémisphérique
Électron 1.5MeV Électron 5.5MeV
• Faisceau e-, π, K
Test du vrai seuil du détecteur.
‘’Idée’’ du seuil
simulation simulation
de Memphys
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 14Mesures
MEMPHYNO" au FrÉjus"
θc L’espace disponible
Intensité des muons (m-2 y-1)
est de: 3 x 3 x 3 m3:
‐‐ > limite sur la
dimension de
Memphyno
‐‐ > Cuve 2 x 2 x 2 m3
Laboratoire
Souterrain
de Modane
• Mesures du fond du site Maîtriser le
• Acquisitions avec le même bruit du fond
bruit de fond que Memphys de Memphys
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 15Cuve d’eau"
MEMPHYNO"
• Idée d’une cuve en ‘’plastique’’ (PEHD)* à la place de l’acier:
‐ moins chère
‐ plus légère * Aussi mieux
‐ plus facile à acheter pour le Gd!!
http://arViv.org/pdf/0805.1499
Cuve ‘’cubique’’
~ 220 x 220 x 225 cm3 Collaboration intense
Cuve PEHD fermée pour le et régulière avec le
stockage d'eau à température service de la
ambiante.
mécanique au
‘’Les matières plastiques sont une
Laboratoire APC et
alternative très intéressante aux produits
métalliques car très résistants aux agents
avec A. Givaudan.
chimiques, insensibles à la corrosion.
Sont plus légères et moins coûteuses’’.
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 16Cuve d’eau"
MEMPHYNO" Geant4"
• Électrons de 1‐25 Mev:
•source ponctuelle: étude d’efficacité
de reconstruction des vertex;
•émission de radiation des sources de
bruit au centre du détecteur.
• Muons (de 5 Gev):
•les muons cosmiques seront détectes aussi
par l’hodoscope externe = déclenchement;
• étude de ‘’timing’’ et collection de la
lumière avec les PMTs;
•reconstruction des traces (timing vs
hodoscope).
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 17Cuve d’eau"
MEMPHYNO" Geant4"
Electron 5 MeV:
1 2
=0.95ns
Muon 5 GeV:
60
180 =1.5ns
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 18Cuve d’eau"
MEMPHYNO" Geant4"
Comparison de Geometries ‐ Muon 5 GeV:
=1.5ns
La différence des
temps est plus
importante
Meilleure
=0.8ns reconstruction!
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 19MEMPHYNO" Hodoscope"
Marcos Dracos (Strasbourg) nous a
donné des plaques de scintillateur
(OPERA) pour Memphyno:
40 cm 160cm
• Hamamatsu H75460
PMTs multi anode 64 canaux :
26.3
mm
25% efficacité
quantique
• Carte de l’électronique MAROC
Opera a utilisé des cartes
OPERAROC (32 canaux):
MAROC II est l’évolution a 64
canaux. (C. de la Taille – LAL Orsay)
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 20Conclusion" Memphys"
•L’Europe est active pour un détecteur Čerenkov à eau de grande taille;
•LAGUNA finance en particulier l’études des infrastructures des sites de
Glacier, Lena, Memphys;
• Memphys participe activement dans la collaboration de EUROnu;
• Simulation et études du détecteur en cours;
• Étude et R&D pour électroniques et PMTs: MEMPHYNO en construction!
Cette collaboration
Européenne vient de
naître.. est ouverte a tous
ceux qui sont intéressés !!!"
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 21GRAZIE"
MEMPHYS"
MEgaton Mass PHYSics
MEMPHYNO"
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 22Appendici" M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 23
Désintégration
MEMPHYS" du proton
"golden" channel’’
p → e+ π0 p → K+ ν
H2O better H2O not as good
than LAr, Sci as LAr, Sci
A. Tonazzo (NNN08, Paris)
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 24Neutrinos de collapse
MEMPHYS" de SuperNovæ:
• SN Galactique
‐‐ > Plus de statistique:
‐‐ > Analyse spectrale:
• En temps
• En énergie
• En composition de saveur
‐‐ > Access au:
• Mécanisme d’explosion de SN: ondes de
schock, neutronisation burst
• Paramètres de production des neutrinos: rate,
spectrum…
• Propriétés des neutrinos
Possibilité de utilise les neutrinos des
SN comme trigger rapide
(coïncidence des événements).
SN jusqu'a ~5 Mpc. Ando et al.,
astro-ph/0503321
Fogli et al.,
hep-ph/0412046
A. Tonazzo (NNN08, Paris)
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 25MEMPHYS" Neutrinos diffus de SN:
Signal très petit sur a bkg très haut: Peut être
• Désintégration de e a partir de ‘’μ invisible’’ réduit avec Gd
• νe atmosphérique (les non - νe
sont rejeté)
• Réacteur (E ≤ 10 MeV)
p
n γ
νe p
Gd γ
e+
by M. Nakahata
Memphys peut les voir en quelques années "
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 26Paramètres des
MEMPHYS" oscillations des ν:
• Bonne sensibilité pour la mesure de
θ13 et δCP avec Super‐beam (νµ→ νe) et
β‐beam (νe→ νµ).
Zucchelli,
Phys.Lett. B 532 (2002)
Possible combinaison En plus la combinaison avec les ν atm. permettrait
des deux faisceaux. de mesure sign(Δm23) et de l’octant de θ23.
Campagne et al.,
hep-ph/0603172
M.M. – Memphys et Memphyno – Water Čerenkov en Europe 27Vous pouvez aussi lire
