Das OPERA Experiment Status nach dem CNGS Strahlbetrieb 2009

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1 Das OPERA Experiment Status nach dem CNGS Strahlbetrieb 2009 Gruppenbericht DPG Frühjahrstagung 2010, Bonn Jan Lenkeit Institut für Experimentalphysik Universität Hamburg 1

2 Übersicht Das OPERA Experiment: CNGS Strahl Detektor Datennahme CNGS Strahlbetrieb 2009 Status der Daten Analyse Ausblick Zusammenfassung 2

3 Das OPERA Experiment Oscillation Project with Emulsion tracking Apparatus Ziel: Direkter Nachweis von ν µ ν τ Oszillationen (Appearance) Konzept: long baseline ν µ Strahl Nachweis des τ Leptons Anforderung: Große Targetmasse und µm Ortsauflösung Lösung: Blei und Fotoemulsionen (Emulsion Cloud Chambers) + elektronische Detektoren 3

4 CNGS Strahl CERN Neutrinos to Gran Sasso CERN 732 km Flugzeit 2,44 ms Strahlkontamination (ν e + ν e ) / ν µ 0,87 % ν µ / ν µ 2,1 % ν < 10-4 τ / ν µ % Gran Sasso ν µ Fluss am G.S. [(cm2 GeV pot) -1 ] Strahl optimiert für ν τ Appearance am Detektor ν µ Fluss am Gran Sasso P(ν µ ν τ ) σ(ν τ CC) ( m 232 = 2, ev 2 sin 2 2θ 23 = 1) E ν [GeV] 4

5 Tau Nachweis Oszillation ν µ ν τ + N τ - + X τ "kink" Tau Zerfall ν 1 prong Zerfallskanäle: h + ν τ + (nπ 0 ) BR 49,5 % e + ν τ + ν e BR 17,8 % µ + ν τ + ν µ BR 17,7 % 3 prong Zerfallskanäle: h + h + h + + ν τ + (nπ 0 ) BR 15,0 % Mittlere Tau Zerfallslänge: ~ 600 µm 5

6 OPERA Detektor Target ECC Bricks Emulsionsfilme (~ 0,3 mm) 56 Bleischichten (1 mm) ca Bricks à 8,3 kg ca. 1,25 kt Targetmasse Changeable Sheet (CS) 8,3 kg pro Brick Bricks 102 mm m Target = 1,25 kt ν 79 mm 128 mm CS 6

7 OPERA Detektor SM1 SM2 ν , Jan Lenkeit OPERA Gruppenbericht 7

8 OPERA Detektor SM1 SM2 ν Brick Manipulator System , Jan Lenkeit OPERA Gruppenbericht 7

9 OPERA Detektor SM1 SM2 ν Target (Bricks) + Target Tracker , Jan Lenkeit Brick Manipulator System OPERA Gruppenbericht 7

10 OPERA Detektor SM2 1,55 T SM1 ν Target (Bricks) + Target Tracker , Jan Lenkeit Myonspektrometer: Magnet, RPCs, Precision Tracker OPERA Gruppenbericht Brick Manipulator System 7

11 Datennahme 8

12 Datennahme Brick wird zur Analyse entnommen 8

13 Datennahme Brick wird zur Analyse entnommen 8

14 Datennahme Brick wird zur Analyse entnommen Röntgenmarkierungen + Bestrahlung durch kosmische Myonen 8

15 Datennahme Fotochemische Entwicklung der Emulsionen , Jan Lenkeit OPERA Gruppenbericht 9

16 Digitalisierung Datennahme ~ 40 Scanning Mikroskope in Europa und Japan ca cm 2 Emulsionsoberfläche je Mikroskop und Stunde 10

17 Datennahme "Micro Tracks" aus 6 16 Punkten (cluster) innerhalb einer Emulsionslage "Base Tracks" innerhalb eines Films Teilchenspuren 11

18 Datennahme ca Spuren 1 cm x 1 cm 12

19 Datennahme Spuren durch mehrere Filme 1 cm x 1 cm 13

20 Datennahme Vertex 1 cm x 1 cm 14

21 L'Aquila Erdbeben 6. April 2009 Stärke: MW = 6,3 über 300 Todesopfer, Verletzte, Obdachlose Höchste Beschleunigungswerte: L'Aquila: 0,64 g externes Labor: 0,15 g Untergrundlabor: 0,03 g , Jan Lenkeit OPERA Gruppenbericht 15

22 L'Aquila Erdbeben Keine Auswirkung auf das Detektor Alignment 16

23 Strahlbetrieb pot/extraction Extraction 1 3, pot (protons on target) ca CNGS Ereignisse im Detektor ca Vertices im OPERA Target pot/extraction Extraction 2 (Unix Zeit) (2008: 1, pot) (Unix Zeit) 17

24 Datenanalyse Anzahl erwarteter Tau Ereignisse nach 5 Jahren Messzeit bei 4, pot/jahr: τ Zerfallskanal B.R. (%) Signal ( m 2 = 2, ev 2 ) Background τ µ 17,7 2,9 0,17 τ e 17,8 3,5 0,17 τ h 49,5 3,1 0,24 τ 3h 15,0 0,9 0,17 Summe 10,4 0,75 nach Analyse aller Daten von 2008 und 2009: ca. 2,5 τ 18

25 Datenanalyse 19

26 Charm Ereignis Primärer Vertex Zerfallsvertex 20

27 Cosmic ray Analyse µ + /µ - Verhältnis im TeV Energiebereich (LNGS: m.w.e.) Datensatz: ca atmosphärische Myonen (ein Teil der Daten von 2008) "Measurement of the atmospheric muon charge ratio with the OPERA detector" ( EPJ C: accepted for publication) 21

28 ν CNGS Strahlprofil in Planung Messpunkte ca. 150 Emulsionsfilme pro Messpunkt L'Aquila OPERA Teramo 22

29 Zusammenfassung OPERA Detektor und zugehörige Labore haben das Erdbeben vom unbeschadet überstanden CNGS Strahlbetrieb 2009: ~ 3, pot ~ Neutrino Wechselwirkungen im OPERA Target nach Auswertung: insgesamt ~ 2,5 τ Ereignisse erwartet Analyse der Daten von 2008 ist fast abgeschlossen Scanning und Analyse der Daten von 2009 dauert an Ladungsverhältnis atmosph. TeV Myonen wurde bestimmt Vermessung des CNGS Strahlprofils ist in Planung Beginn des Strahlbetriebs 2010: Ende April 23