Parametrisierung von Hadronschauern im OPERA-Detektor

Transkript

1 Parametrisierung von Hadronschauern im Target des OPERA-Detektors 1/31

2 Übersicht Motivation Hadronisches Schauerverhalten Kalorimeter im OPERA-Detektor Parametrisierung Zusammenfassung 2/31

3 Übersicht Motivation Bestimmung der Neutrinoenergie Hadronisches Schauerverhalten Kalorimeter im OPERA-Detektor Parametrisierung Zusammenfassung 3/31

4 CNGS Neutrino-Energiespektrum CERN Neutrinos to Gran Sasso FLUKA /31

5 Übersicht Motivation Hadronisches Schauerverhalten Schauerbildung Schauerentwicklung Kalorimeter im OPERA-Detektor Parametrisierung Zusammenfassung 5/31

6 Hadronisches Schauerverhalten Schauerbildung charged current (CC): ν+n W± l-+x neutral current (NC): ν+n Z0 ν+x 6/31

7 Hadronisches Schauerverhalten Energieverlust / Energieverlust mip Schauerentwicklung 140 GeV 15 GeV Primärenergie Skala em - Schauer: X0 hadr. Schauer: λa M. Holder et al. Nucl. Inst. Meth. 151 (1978) 69 λa >> X0 7/31

8 Hadronisches Schauerverhalten Energieverlust / Energieverlust mip Schauerentwicklung 140 GeV 15 GeV Primärenergie Skala em - Schauer: X0 hadr. Schauer: λa M. Holder et al. Nucl. Inst. Meth. 151 (1978) 69 λa >> X0 8/31

9 Hadronisches Schauerverhalten Energieverlust / Energieverlust mip Schauerentwicklung 140 GeV Detektoren 15 GeV Primärteilchen Primärenergie M. Holder et al. Nucl. Inst. Meth. 151 (1978) 69 passive Absorber 9/31

10 Übersicht Motivation Hadronisches Schauerverhalten Kalorimeter im OPERA-Detektor OPERA Detektor Target und Target Tracker (TT) Parametrisierung Zusammenfassung 10/31

11 OPERA-Detektor Super Modul 1 Super Modul 2 Muon Spektrometer 10 m Target 10 m 20 m 11/31

12 OPERA-Targets 6m 12/31

13 Target und Target Tracker Target Target Tracker Target 31 Wände à ~7,5 cm Material: ~ 74,3% Pb ~ 6,9% AgBr ~ 18,8% Kunststoff Target Tracker 31 Wände à ~2,8 cm 2 Lagen Plastikszintillatoren à 1,0 cm 13/31

14 Target und Target Tracker X0 (Pb) = 0,56 cm λa (Pb) = 17,1 cm 10 X0 Target 31 Wände à ~7,5 cm Material: ~ 74,3% Pb ~ 6,9% AgBr ~ 18,8% Kunststoff Target Tracker 31 Wände à ~2,8 cm 2 Lagen Plastikszintillatoren à 1,0 cm 14/31

15 Target und Target Tracker 1 mm Schichtstruktur der Bricks im Target Target Pb Fotoemulsion Kunststoff 200 µm 31 Wände à ~7,5 cm Material: ~ 74,3% Pb ~ 6,9% AgBr ~ 18,8% Kunststoff à 45 µm Target Tracker 31 Wände à ~2,8 cm 2 Lagen Plastikszintillatoren à 1,0 cm 15/31

16 Übersicht Motivation Hadronisches Schauerverhalten Kalorimeter im OPERA-Detektor Parametrisierung Achsenrekonstruktion Energierekonstruktion Zusammenfassung 16/31

17 Achsenrekonstruktion Vorgehensweise Eventcleaning Eventklassifizierung Rekonstruktion der Muonspur Entfernen der Muonspur Rekonstruktion der Schauerachse 17/31

18 Eventcleaning Rückstreuung Radioaktiver Hintergrund Crosstalk und Noise in TTs Photonen und Neutronen Resultat: isolierte TT Digit oder Digit-Paare Resultat: isolierte Digit-Cluster 18/31

19 Eventcleaning Rückstreuung Radioaktiver Hintergrund Crosstalk und Noise in TTs Photonen und Neutronen Resultat: isolierte TT Digits oder Digit-Paare Resultat: isolierte Digit-Cluster 19/31

20 Eventcleaning Rückstreuung Radioaktiver Hintergrund Crosstalk und Noise in TTs Photonen und Neutronen Resultat: isolierte TT Digits oder Digit-Paare Resultat: isolierte Digit-Cluster 20/31

21 Eventklassifizierung X (cm) X (cm) ν+n ν+n W± Z0 l-+x ν+x 21/31

22 Eventklassifizierung ν+n W± l-+x Charged Current X (cm) ν+n Z0 ν+x Neutral Current 22/31

23 Achsenrekonstruktion 23/31

24 Achsenrekonstruktion 24/31

25 Achsenrekonstruktion XZ Winkel Schauerachse Zum Vergleich: Einfallswinkel des CNGS-Strahls in der Simulation (XZ-Ebene): -0,017 rad XZ (Winkel Schauerachse MC Winkel) 25/31

26 Energierekonstruktion 26/31

27 Energierekonstruktion 27/31

28 Energierekonstruktion XZ Longitudinale Ausbreitung XZ Laterale Ausbreitung Abschätzung eines ersten Fiducial Volumes: Schauerachse ~48% ) 28/31

29 Energierekonstruktion Segmentierung der Schauerfläche (rote Linien) Bestimmung der Energie pro Segment aus den Photomultiplier-Daten erste Abschätzung von de dz t peak E primär 29/31

30 Zusammenfassung Gute Ergebnisse aus der Achsenrekonstruktion Energierekonstruktion hadronischer Schauer aus den elektronischen Detektoren: in der Entwicklung Gruppenbericht T 67.2 Fr 14:20 A016 Status des OPERA-Experiments nach dem CNGS-Strahlbetrieb 2008 JAN LENKEIT für die OPERA-Kollaboration Universität Hamburg, Institut für Experimentalphysik 30/31

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 31/31

32 Motivation: Energiebestimmung Erzeugung des Muon-Neutrinostrahls Protonen (400 GeV, SPS CERN) auf Graphit-Target => Sekundärstrahl aus π und K Selektion und Fokussierung Zerfall der π+ und K+ => v.a. µ+ und νµ Absorption nicht zerfallener Hadronen in Graphit-/Eisen-Block, Absorption der in Erdreich µ+ => νµ Strahl 32/31

33 Motivation: Energiebestimmung Erzeugung des Muon-Neutrinostrahls Protonen (400 GeV, SPS CERN) auf Graphit-Target => Sekundärstrahl aus π und K Selektion und Fokussierung Zerfall der π+ und K+ => v.a. µ+ und νµ Absorption nicht zerfallener Hadronen in Graphit-/Eisen-Block, Absorption der in Erdreich µ+ => νµ Strahl 33/31

34 WANF- und CNGS-Neutrinostrahl Strahl von der West Area Neutrino Facility / CERN (WANF) CERN Neutrinos to Gran Sasso (CNGS) beam content Strahlinhalt from: G. Collazuol et.al., NIM A, 1999 νμ 100 anti-νμ 2.1 νe 0.8 anti-νe 0.07 ντ /31

35 Energierekonstruktion 35/31