Akustische Detektion von UHE Neutrinos. G.Anton, Erlangen
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- Kilian Schubert
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Transkript
1 Akustische Detektion von UHE Neutrinos G.Anton, Erlangen?
2 UHE Teilchenflüsse Cosmic Ray Neutrinos: ~E -2
3 Akustische Signatur für UHE Shower Askaryan, 1979 Energiedeposition Wasser wird warm (nk) Ausdehnung Druck-Puls P ~ (α/c( p ) (c s /d) 2 E P~1mPa für E~1EeV Vorteil: akustische Abschwächlänge ~ km!!! (???)
4 Bestätigung der Signatur Annahme: Neutrino-ind. UHE-Shower = Bunch von Protonen Messung am Protonenstrahl: gemeinsame Aktivität Erlangen/Zeuthen/Uppsala Messungen in Wasser und Eis quantitative Bestätigung
5 Akustische Neutrinodetektor-Medien Wasser (Mittelmeer) Eis (Südpol) Salzstöcke (USA?) Weitere Kriterien: Sensoren Homogenität des Mediums reale Abschwächlänge akustischer Untergrund
6 Akustische Sensoren Sensor: Piezo-Keramik PZT Gekapselter Sensor: kommerzielles Hydrophon optimierte Selbstbau-Hydrophone Akustisches Modul Glaciophone (für Eis)
7 Erlangen Eigenbau Hydrophon 5cm piezo tube pre-amp+cable 2cm Parameter: Rauschen und spektr. Sensitivität (Resonanzen!!) des Piezos Rauschen und spektr. Verstärkung des Preamp Akustische Impedanzen (Piezo-Plastik)
8 Erlangen Sensoren für Akustisches Modul 2.5cm sensor array for sphere
9 Erlangen Akustisches Modul OM 17" (42cm) "AM" Photomultiplier acoustic sensors and preamplifiers
10 Erlangen Testmessungen im Labor... Wassertank: 3m x 2m x 2m
11 Akustische Module für Eis DESY-Zeuthen
12 Spektrale Sensitivität der Hydrophone Com. hydr. with pre-amp (HTI) Piezo+Pre-Amp of our Module piezo resonance piezo resonances amplifier cut-off 10kHz 100kHz dbre(v/µpa) (=14.6mV/Pa) HTI data sheet: -156dBre(V/µPa) ~ -120dBre(V/µPa) (=1 V/Pa) between 10 and 50kHz Erlangen
13 Erlangen Detektion eines bipolaren Signals Spannung HTI Eigenbau-Hydr. Akustisches Modul Zeit (μs)
14 Sensitivität der Glaciophone Impulsantwort Spektrale Sensitivität DESY-Zeuthen
15 ACOUSTIC DETECTION got very promising results in laboratory S. Böser et al., ICRC 2005 need experimental proof of basic properties of target material: - SPATS - South Pole Acoustic Test Setup DESY-Zeuthen
16 SPATS - SOUTH POLE ACOUSTIC TEST SETUP Use IceCube holes 3 distant holes down to 400 m 7 stations per hole sensor, transmitter, auxiliary det. per station Deployment January 2006 Results Summer 2006 Measure in-situ at South Pole: acoustic attenuation length + noise level DESY-Zeuthen
17 Akustische Teststrings für Ice Sender für Testpulse Empfänger (Glaciophon) DESY-Zeuthen
18 Akustische Detektion in Wasser Wasser: sehr homogen! Erzeugungs- und Ausbreitungsbedingungen für akustische (Teilchen)Signale sehr gut bekannt! Ziel: Studien zum akustischen Untergrund
19 Autonomes Testsystem AMADEUS An ANTARES Site: März Piezos an Wand 1 Piezo an Deckel AMADEUS = Autonomous Module for the Acoustic DEtection Under the Sea Erlangen
20 Erlangen AMADEUS: Sound of the Sea Akustische Pinger noise spectral density (db re µpa 2 / Hz) first noise spectrum, only few seconds of data PRELIMINARY SS 3 sea state zero sea state 1
21 Erlangen Quellen für bipolaren Untergrund Allgemeine Untergrund-Beiträge: Eigenrauschen der Sensoren Temperaturrauschen des Wassers Wellenrauschen o.ä. Punktquellen... Bipolare Untergrund-Beiträge: BIP (Bipolar Pressure Signal) - Verteilung???!! Messung der BIP-Quellendichte mit ANTARES!!
22 Erlangen Akustische Sensoren in ANTARES Erste Längenskala: ~ 1 m Lokale Koinzidenzen und Rekonstruktion der Wellenfront --> lokale BIP Quellendichte mit kleiner Amplitude Akust. Module Hydrophone
23 Erlangen Akustische Sensoren in ANTARES Zweite Längenskala: ~ 100 m Detektion korrelierter Signale: Orts- und Amplitudenrekonstruktion und Konsistenz mit lokaler Wellenfront --> BIP Quellendichte mit grösserer Amplitude geringerer Dichte Insgesamt 60 Sensoren Deployment Ende 2006
24 Detektorkonzepte Simulationsrechnungen.. IceCube-Erweiterung: optisch-radio-akustischer Detektor
25 Ende Beiträge von: Akustik-Gruppe Zeuthen: S.Böser, J.Fischer, K.Krieger, R.Nahnhauer Akustik-Gruppe Erlangen: G.Anton, K.Graf, J.Hößl, A.Kappes, T.Karg, U.Katz, R.Lahmann, Ch.Naumann, H.Laschinski, K.Salomon
26 IceCube Junction Box < 400m IceCube DOM Hubs Counting House 80 m 100 m PC/104 Power Network ~125 m IceCube Junction Box PC/104 Power Network ~300m IceCube Junction Box PC/104 Power Network Power Network Master PC Three holes with 7 acoustic stages 140 m 190 m Spacer Ball 250 m IceCube cable Transmitter module Acoustic transmitter SPATS 320 m Sensor module 400 m Spacer Ball 16 cm DESY-Zeuthen
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