Neutrinódetektorok és részecske-asztrofizikai alkalmazásaik

Hasonló dokumentumok
Határtalan neutrínók

Neutrínó oszcilláció kísérletek

Rádl Attila december 11. Rádl Attila Spalláció december / 21

Sugárzások és anyag kölcsönhatása

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

A tau lepton felfedezése

Az expanziós ködkamra

Bevezetés a részecske fizikába

A nagyenergiás neutrínók. fizikája és asztrofizikája

Abszolút és relatív aktivitás mérése

A Lederman-Steinberger-Schwartz-f ele k et neutrn o ks erlet

Detektorok. Siklér Ferenc MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet Budapest

Megmérjük a láthatatlant

Elemi részecskék, kölcsönhatások. Atommag és részecskefizika 4. előadás március 2.

A sugárzás és az anyag kölcsönhatása. A béta-sugárzás és anyag kölcsönhatása

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Sugárzás kölcsönhatása az anyaggal 1. Fény kölcsönhatása az anyaggal. 2. Ionizáló sugárzás kölcsönhatása az anyaggal KAD

Compton-effektus. Zsigmond Anna. jegyzıkönyv. Fizika BSc III.

Hogyan tegyük láthatóvá a láthatatlant?

Paritássértés FIZIKA BSC III. MAG- ÉS RÉSZECSKEFIZIKA SZEMINÁRIUM PARITÁSSÉRTÉS 1

Radioaktivitás és mikrorészecskék felfedezése

A Standard modellen túli Higgs-bozonok keresése

Hadronok, atommagok, kvarkok

Részecske azonosítás kísérleti módszerei

JÁTSSZUNK RÉSZECSKEFIZIKÁT!

Röntgensugárzás. Röntgensugárzás

Radioaktív sugárzások tulajdonságai és kölcsönhatásuk az elnyelő közeggel. A radioaktív sugárzások detektálása.

Részecskefizika 3: neutrínók

Hogyan mérünk neutrínó-sebességet?

A sötét anyag nyomában. Krasznahorkay Attila MTA Atomki, Debrecen

Neutrínótömeg: mérjük meg!

Z bozonok az LHC nehézion programjában

1. mérési gyakorlat: Radioaktív izotópok sugárzásának vizsgálata

NAGY Elemér Centre de Physique des Particules de Marseille

Röntgensugárzás az orvostudományban. Röntgen kép és Komputer tomográf (CT)

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Dr. Berta Miklós. Széchenyi István Egyetem. Dr. Berta Miklós: Gravitációs hullámok / 12

Neutrínótömeg: a részecskefizika megoldatlan rejtélye

PROMPT- ÉS KÉSŐ-GAMMA NEUTRONAKTIVÁCIÓS ANALÍZIS A GEOKÉMIÁBAN I. rész

A gamma-sugárzás kölcsönhatásai

-A homogén detektorok közül a gyakorlatban a Si és a Ge egykristályból készültek a legelterjedtebbek.

Neutrínók interferenciája

Részecske- és magfizikai detektorok. Atommag és részecskefizika 9. előadás május 3.

Theory hungarian (Hungary)

Úton az elemi részecskék felé. Atommag és részecskefizika 2. előadás február 16.

Pásztázó elektronmikroszkóp. Alapelv. Szinkron pásztázás

A részecskefizika kísérleti eszközei


Detektorok. Fodor Zoltán MTA-KFKI Részecske és Magfizikai Kutató Intézete. Hungarian Teachers Programme 2010 CERN

Detektorok. Fodor Zoltán. Wigner fizikai Kutatóközpont. Hungarian Teachers Programme 2015

11. tétel - Elektromágneses sugárzás és ionizáló sugárzás kölcsönhatása kondenzált anyaggal, áthatolóképesség, záporjelenségek.

Kvarkok. Mag és részecskefizika 2. előadás Február 23. MRF2 Kvarkok, neutrínók

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by NKTH and OTKA (H07-C 74281) augusztus 17 Hungarian Teacher Program, CERN 1

Az ionizáló sugárzások fajtái, forrásai

Töltött részecske multiplicitás analízise 14 TeV-es p+p ütközésekben

A sugárzások és az anyag fizikai kölcsönhatásai

Abszorpciós spektroszkópia

3. GAMMA-SUGÁRZÁS ENERGIÁJÁNAK MÉRÉSE GAMMA-SPEKTROMETRIAI MÓDSZERREL

Anyagvizsgálati módszerek Mérési adatok feldolgozása. Anyagvizsgálati módszerek

NA61/SHINE: Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja

Magspektroszkópiai gyakorlatok

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

CERN: a szubatomi részecskék kutatásának európai központja

Radioaktív sugárzások abszorpciója

FOTOKÉMIAI REAKCIÓK, REAKCIÓKINETIKAI ALAPOK

Folyadékszcintillációs spektroszkópia jegyz könyv


Részecskefizika kérdések

NEUTRÍNÓ DETEKTOROK. A SzUPER -KAMIOKANDE példája

IDTÁLLÓ GONDOLATOK MOTTÓK NAGY TERMÉSZET TUDÓSOK BÖLCS GONDOLATAIBÓL A TUDOMÁNY ÉS A MINDEN NAPI ÉLET VONAKOZÁSÁBAN

Sugárvédelem kurzus fogorvostanhallgatók számra. Töltött részecskék elnyelődése. Sugárzások és anyag kölcsönhatása. A sugárzások elnyelődése

Rekonstrukciós eljárások. Orvosi képdiagnosztika 2017 ősz

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Magfizika szeminárium

A Nukleáris Medicina alapjai

Kvarkok. Mag és részecskefizika 2. előadás Február 24. MRF2 Kvarkok, neutrínók

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Bevezetés a részecskefizikába

Detektorok. Fodor Zoltán. MTA Wigner FK RMI. Hungarian Teachers Programme 2012

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei. Konzultáció: minden hétfőn 15 órakor. 1. Fizikai történések

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Röntgen. W. C. Röntgen. Fizika-Biofizika

Sugárterápia. Ionizáló sugárzások elnyelődésének következményei

Töltött Higgs-bozon keresése az OPAL kísérletben

Az asztrofizikai p-folyamat kísérleti vizsgálata befogási reakciókban

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

1. Az ionizáló sugárzások és az anyag kölcsönhatása

Az ionizáló sugárzások előállítása és alkalmazása

A radioaktív bomlás típusai

Axion sötét anyag. Katz Sándor. ELTE Elméleti Fizikai Tanszék

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

Mikrofizika egy óriási gyorsítón: a Nagy Hadron-ütköztető

A CERN, az LHC és a vadászat a Higgs bozon után. Genf

Úton a kvarkok felé. Atommag- és részecskefizika 3. előadás március 1.

AZ UNIVERZUM SUTTOGÁSA

Röntgendiagnosztikai alapok

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

Átírás:

Neutrinódetektorok és részecske-asztrofizikai alkalmazásaik ELTE Budapest 2013 december 11 Péter Pósfay

2/31 1. A neutrínó Tartalom 2. A neutrínó detektorok működése Detektálási segítő kölcsönhatások Detektorok-fajtái 3. Nagyenergiás Asztrofizikai detektorok (Neutrínó-teleszkópok) Kozmikus neutrínóforrások Detektálási elvek Rekonstrukció

3/31 Neutrínó Csak gyenge kölcsönhatásban vesz részt Nincs töltése Tömege Ütközések-hiányzó impulzus Kozmológia-0.28 ev Neutrínó oszcilláció Kis hatáskeresztmetszet Felezési vastagság ólomban ~1 fényév Detektálási nehézségek

4/31 A neutrínó felfedezése 1930, Pauli: Béta bomlás folytonos energiaspektruma alapján feltétlezte Kéttest-bomlás -> diszkrét spektrum 1954 közvetett kimutatás: Szalay Sándor, Csikai Gyula 6 He izotóp bomlása hiányzó impulzus 1956 közvetlen kimutatás: F. Reines, Nobel díj Protonokon kiváltott inverz béta bomlás 1970 buborékkamrás felvételek

5/31 Neutrínódetektálást segítő kölcsönhatások Semleges gyenge áram kölcsönhatás (Z-bozon csere) A neutrínó rugalmas szórása a (töltött) céltárgyon: Pl.: A töltött részecskét detektáljuk Nem érzékeny a flavour-re Töltött gyenge áram kölcsönhatás (W-bozon csere) Ez alkalmas a neutrínó-flavour meghatározására, mert a neutrínó átalakul a lepton-partnerévé (ha van elég energiája) Csak e - neutrínó: Inverz béta-bomlás:

6/31 Neutrínódetektorok fajtái I Szcintillációs detektor: Folyamat: víz+ν (inverz béta-bomlás) e + + n 0 e + + e - 2γ(0,5 MeV), n 0 +Cd γ (8MeV) Koincidencia mérés a 3 fotonra Pl.: Reines mérése Radiokémiai módszerek Folyamat: 37 Cl+ ν 37 Ar A klórtartályból kivonják a keletkezett Ar-t és annak mennyiségét mérik

7/31 Neutrínódetektorok fajtái II Cserenkov-detektorok Folyamat: víz+ν (gyenge áram kölcsönhatás) Nagy energiájú töltött lepton Cserenkov-sugárzás Fotoelektron-sokszorozókkal érzékeljük Alkalmas a flavour meghatározására Pl.: ANTARES, AMANDA, ICE- CUBE, SNO (balra)

8/31 Kozmikus neutrínóforrások Kozmikus sugárzás (töltött részecskék) SNR(supernova remnants),pulzárok~10 17 ev Extragalaktikus: AGN (active galaxy nuclei)~10 20 ev Neutrínók keletkezése Protonok +nehéz magok pionok neutrínók ν e : ν μ : ν τ =1:2:0 (neutrínó oszcilláció) ν e : ν μ : ν τ =1:1:1 SSC (synchrotron-self Compton) Csak semleges részecskék hagyják el az erős mágnese teret ν,γ

9/31 Neutrínó hatáskeresztmetszet Ebben a tartományban a mélyen rugalmatlan CC és NC folyamatok dominálnak CC: ν l N l ± X, NC: ν l N ν l X Számunkra legfontosabbak a ν μ CC reakciók Hatáskeresztmetszet: E<10TeV : ~a*e+b (σ 10-35 cm 2 ) E>10TeV: ~E 0,4 Izoskalár targetre: : 2 :1 Protonokra azonos

10/31 Neutrínók irányának meghatározása A végállapotbeli lepton a beeső neutrínó irányát követi egy θ hibaszög értéken belül. Lehetővé teszi a forrás irányának meghatározását Felső korlátot ad az elérhető szögfelbontásra Nagyságrendekkel kisebb mint a csillagászatban szokásos

11/31 Müon keletkezés valószínűsége R eff : A távolság ami alatt a μ energiája E μ min -re csökken Vízben, E μ min =1GeV-re

E<1TeV a Föld hatása nem látható E>1 TeV az árnyékolás egyre jelentősebb 12/31

Mennyi energiát ad át a ν a keletkezett μ-nak? A keletkezett leptonnak átadott energia hányada: 1-y A leptonok mellett keletkezik még hadron-kaszkád is A CC ν μ reakciókban: A számítások szerint a hadron- kaszkádnak átadott energia kisebb A legtöbb energiát a μ viszi el Ezért Fontos Reakció! 13/31

14/31 Cserenkov-sugárzás Töltött részecske átlép az adott közegben a fénysebességet->sugárzás n n Karakterisztikus szög: Egységnyi út alatt keletkezett fotonok száma: dn dxd Vízben: 400nm 700nm 43 2 z között 200 db foton/cm

15/31 Cserenkov-fény detektálása A foton abszorpció és szórás jellemzése a közegben L N N exp r Abszorpciós hossz:, a 0 L a Szórási hossz: L b (definíció-mint az előző) Szórási függvény: Effektív szórási hossz:, Normalizálja -t különböző, -re b A szórási szög: L eff Lb 1 cos L

16/31 Víz esetén az értékek a magasságtól nem nagyon függnek de időben változhatnak - ellenőrzés kell. Jégben erős a magasságfüggés, de nem változik Mérnünk kell: Cserenkov-fényt: foton érzékenységgel PMT Érkezési idő: ns pontossággal Optimalizálás: (érzékeny térfogat) x (érzékenység)

Müonok detektálása CC ν μ reakciók müon-nyomvonalat hagynak Más NC és ν e reakciók = hadronikus és EM kaszkád Ezért koncentrálunk az elsőre ν e : ν μ : ν τ =1:1:1 => CC-reakciók 2/3-a kaszkádot okoz 17/31 Müon-nyomvonal kaszkád

18/31 Müon-nyomvonalak azonosítása Kaszkád cserenkov-fény szélesebb eloszlású Müonok eredete Az alulról jövők biztos kozmikus eredetűek (árnyékolás) Elég nagy energián a horizont felől érkeznek (a ν is árnyékolódik) A légkörben a kozmikus sugárzás hatására is keletkeznek μ- ok (több nagyságrenddel nagyobb számban) Az utolsó kettő az energialeadás alapján különböztethető meg

19/31 Müonok vizsgálata A μ energialeadása (párkeltés, ionizáció, fotoeffetktus) A detektáláshoz minimum 10 pontra van szükség A PMT-ket nagy E. ν detektálásra használják: E σ ν E Δθ E>1 TeV : fényhozam~ E meghatározása Jel-zaj arány javul ν energia

20/31 Kaszkádok vizsgálata rövidebbek : kisebb effektív térfogat is elég teljes fényhozam ~ kaszkád energia E mérhető μ esetben csak de/dx Energiafelbontás jobb Iránymeghatározás rosszabb A háttér jelentősen kisebb mint a ν μ esetben

21/31 Effektív felület A detektáláshoz szükséges energia függ a beesési szögtől és helytől Effektív felület: φ,θ függő Az energiával nő A koncepció működik ν-ra is, bár sokkal kisebb a felület. Km 3 -es térfogatra pár m 2 effektív felület

22/31

23/31 Rekonstrukció lépései Zaj eltávolítása Előzetes illesztés A likelihood módszernek kezdő értéket szolgáltat Maximum likelihood rekonstrukció Utólagos minőségi vágások Ez már elemzésenként eltérő lehet

Rekonstrukció 24/31

25/31 Rekonstrukció II A foton PMT-be érkezésének időpontja: Residual time: Az eltérés a ténylegesen mért beérkezései idő és a kiszámolt beérkezési idő közt Ezek eloszlását tudni kell, hogy a likelihood módszer pontos legyen

Residual-time eloszlások 26/31

27/31 Éles csúcs a PMT elektronikájából Jel és zaj ráül erre a csúcsra Aszimmetrikus eloszlás EM-kaszkád okozza a Bremsstrahlung indítja be Szóród fotonok még aszimmetrikusabbá teszik

28/31 Neutrínó teleszkópok-amanda Déli sark Szögfelbontás 2 Alsó energiaküszöb: 50GeV Jég minőségére vonatkozó próbafúrások

29/31 ICE-CUBE 2005- Második generációs detektor 5MW-os hőteljesítményű fúró 86 string 5160 DOM (digial optical module)

Köszönöm a figyelmet! 30/31

31/31 Források Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/neutrino_detector http://hu.wikipedia.org/wiki/sudbury_neutr%c3%adn%c3%b 3_Obszervat%C3%B3rium http://hu.wikipedia.org/wiki/neutr%c3%adn%c3%b3 U. F. Katz, Ch. Spiering: High-Energy Neutrino Astrophysics: Status and Perspectives Thomas K. Gaiser: IceCube: Status and Results Paolo Fermani (ANTARES collaboration): Indirect Dark Matter Search With Large Neutrino Telescopes