Das OPERA Experiment Status nach dem CNGS Strahlbetrieb 2009 Gruppenbericht DPG Frühjahrstagung 2010, Bonn Jan Lenkeit Institut für Experimentalphysik Universität Hamburg 1
Übersicht Das OPERA Experiment: CNGS Strahl Detektor Datennahme CNGS Strahlbetrieb 2009 Status der Daten Analyse Ausblick Zusammenfassung 2
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
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 10 12 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 = 2,5 10-3 ev 2 sin 2 2θ 23 = 1) E ν [GeV] 4
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
OPERA Detektor Target ECC Bricks 57 + 2 Emulsionsfilme (~ 0,3 mm) 56 Bleischichten (1 mm) ca. 150.000 Bricks à 8,3 kg ca. 1,25 kt Targetmasse Changeable Sheet (CS) 8,3 kg pro Brick 150.000 Bricks 102 mm m Target = 1,25 kt ν 79 mm 128 mm CS 6
OPERA Detektor SM1 SM2 ν 18.3.2010, Jan Lenkeit OPERA Gruppenbericht 7
OPERA Detektor SM1 SM2 ν Brick Manipulator System 18.3.2010, Jan Lenkeit OPERA Gruppenbericht 7
OPERA Detektor SM1 SM2 ν Target (Bricks) + Target Tracker 18.3.2010, Jan Lenkeit Brick Manipulator System OPERA Gruppenbericht 7
OPERA Detektor SM2 1,55 T SM1 ν Target (Bricks) + Target Tracker 18.3.2010, Jan Lenkeit Myonspektrometer: Magnet, RPCs, Precision Tracker OPERA Gruppenbericht Brick Manipulator System 7
Datennahme 8
Datennahme Brick wird zur Analyse entnommen 8
Datennahme Brick wird zur Analyse entnommen 8
Datennahme Brick wird zur Analyse entnommen Röntgenmarkierungen + Bestrahlung durch kosmische Myonen 8
Datennahme Fotochemische Entwicklung der Emulsionen 18.3.2010, Jan Lenkeit OPERA Gruppenbericht 9
Digitalisierung Datennahme ~ 40 Scanning Mikroskope in Europa und Japan ca. 20 75 cm 2 Emulsionsoberfläche je Mikroskop und Stunde 10
Datennahme "Micro Tracks" aus 6 16 Punkten (cluster) innerhalb einer Emulsionslage "Base Tracks" innerhalb eines Films Teilchenspuren 11
Datennahme ca. 150.000 Spuren 1 cm x 1 cm 12
Datennahme Spuren durch mehrere Filme 1 cm x 1 cm 13
Datennahme Vertex 1 cm x 1 cm 14
L'Aquila Erdbeben 6. April 2009 Stärke: MW = 6,3 über 300 Todesopfer, 1.600 Verletzte, 65.000 Obdachlose Höchste Beschleunigungswerte: L'Aquila: 0,64 g externes Labor: 0,15 g Untergrundlabor: 0,03 g 18.3.2010, Jan Lenkeit OPERA Gruppenbericht 15
L'Aquila Erdbeben Keine Auswirkung auf das Detektor Alignment 16
Strahlbetrieb 2009 30.5. 23.11.2009 pot/extraction Extraction 1 3,522 10 19 pot (protons on target) ca. 21.400 CNGS Ereignisse im Detektor ca. 3.700 Vertices im OPERA Target pot/extraction Extraction 2 (Unix Zeit) (2008: 1,782 10 19 pot) (Unix Zeit) 17
Datenanalyse Anzahl erwarteter Tau Ereignisse nach 5 Jahren Messzeit bei 4,5 10 19 pot/jahr: τ Zerfallskanal B.R. (%) Signal ( m 2 = 2,5 10-3 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
Datenanalyse 19
Charm Ereignis Primärer Vertex Zerfallsvertex 20
Cosmic ray Analyse µ + /µ - Verhältnis im TeV Energiebereich (LNGS: 3.800 m.w.e.) Datensatz: ca. 400.000 atmosphärische Myonen (ein Teil der Daten von 2008) "Measurement of the atmospheric muon charge ratio with the OPERA detector" (http://arxiv.org/abs/1003.1907 EPJ C: accepted for publication) 21
ν CNGS Strahlprofil in Planung 20 30 Messpunkte ca. 150 Emulsionsfilme pro Messpunkt L'Aquila OPERA Teramo 22
Zusammenfassung OPERA Detektor und zugehörige Labore haben das Erdbeben vom 6.4.09 unbeschadet überstanden CNGS Strahlbetrieb 2009: ~ 3,5 10 19 pot ~ 3.700 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