Estatus del Estatus del telescopio de telescopio de neutrinos neutrinos ANTARESANTARES

Francisco Salesa GreusInstituto de Física Corpuscular (IFIC)

CSIC-Universitat de València

XXXI Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de FísicaXXXI Reunión Bienal de la Real Sociedad Española de Física

10-14 Septiembre de 2007, Granada10-14 Septiembre de 2007, Granada

10/09/2007 Francisco Salesa - Bienal 2007, Granada 2

Principio de detección de un TN

Acelerador cósmico alcanzan el detector sin desviarse

absorbidos por la materia y fondo IR

p desviados por campos magnéticos + efecto GZK

Tierra

FMOFMO

• Las partículas cargadas producidas inducen la emisión de luz Cherenkov que es detectada por la red 3-D de PMTs.

• Conociendo la posición de los PMTs y el tiempo de llegada de la luz, podemos reconstruir la traza del neutrino gracias a la traza del muón producido.

• Los TNs se construyen a gran profundidad para reducir el flujo de muones atmosféricos.

γc

θc = 42º

Interacción de los RC con la atmósfera

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Física de un TN

Además:Además: Monopolos, MO supermasiva, SUSY Q-balls, etc... Monopolos, MO supermasiva, SUSY Q-balls, etc...

Fuentes astronómicas

puntuales:

AGNs, GRBs,

SNRs

Muones ascendentes /

cascadas

TeV-PeVTeV-PeV

?

Sucesos descen-dentes

> EeV> EeV

AGNs, TD, GKZ

Centro galáctico/Sol

Materia oscura

Neutralino

Oscilación de neutrinos

Búsqueda de

supernovasFísicaFísica

Sucesos horizontales

Muones ascendentes

Rango de los muones

ascendentes

Incremento global de la señal de los

PMTs

TécnicaTécnica

PeV-EeVPeV-EeVGeV-TeVGeV-TeVGeV-100 GeVGeV-100 GeV~MeV~MeVEnergíaEnergía

??

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El TN ANTARES• Actualmente es el mayor TN

funcionando en el hemisferio norte.

23 Institutos de 7 países europeos

Estación de control en La

Seyne-sur-mer

Situado a ~2500 m de profundidad en el fondo del mar

Mediterráneo

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Vista esquemática del detector

60-75 m60-75 m

100 m100 m

350 m350 m

12 líneas12 líneas3x25 PMT/línea3x25 PMT/línea

Caja de unión

Boya

Cable de interconexión

Piso

40 km de cable electro-óptico hasta la costa

Ancla

Submarino

900 PMTs en total900 PMTs en total

12 líneas12 líneas

25 pisos/línea25 pisos/línea

3 PMTs/piso3 PMTs/piso

PMT

PMT

PMT

Módulo de Módulo de electrónicaelectrónica

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Logros de la colaboración• 1996-2002 -> Investigación y

desarrollo. Evaluación del emplazamiento.

• 2001-> Despliegue del cable EO de 40 km.

• 2002 -> Despliegue de la “caja de union”.

• Abril 2005 -> Línea de instrumentación + test de los OMs (MILOM), 2 años operativa.

• Marzo 2006 -> Primera línea completa (Line 1).

• Setiembre 2006 -> Línea 2.• Enero 2007 -> Líneas 3,4 y 5.• Hoy -> 10 líneas desplegadas = 5

líneas operativas + 5 (1 de instrumentación) que se conectarán a final de año.

• Detector completo a Detector completo a principios de 2008!! principios de 2008!!

Actualmente 5 líneas toman Actualmente 5 líneas toman datos de manera establedatos de manera estable

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Prestaciones del detector

Mkn 501

RX J1713.7-39

GX339-4SS433

CRAB

VELA

Centro Galáctico

región no región no visiblevisible

Áre

a ef

ectiv

a pa

ra

[m2 ]

• crece con la energia

• Opacidad de la Tierra a Eμ >100 TeV

cinemática

reconstrucción

rec, verd

rec, verd

La resolución angular es mejor de 0.3º a energías del neutrino incidente mayores del TeV.

Limitaciones:• “Scattering” + Dispersión cromatica de la luz en el agua: σ ~ 1.0 ns.• Tiempo de tránsito (TTS) de los PMT: σ ~ 1.3 ns.• Electrónica + calibración temporal: σ < 0.5 ns• Reconstrucción de la posición de los PMTs: σ < 10 cm (↔ σ < 0.5 ns).

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• PosicionamientoPosicionamiento mediante 2 sistemas:• Sistema acústico formado por

hidrófonos (receptores) y transpondedores (emisor/receptor) que intercambian señales acústicas. Permiten calcular la posición por triangulación.

• Sistema de brújulas e inclinómetros. Tarjetas que permiten la medida de la rotación e inclinación de los pisos.

Sistema de calibración (posición)

Cénit

z

Dirección

y

OM 0

norte → x

Transpondedor Transpondedor autónomoautónomo

Hidrófonos de Hidrófonos de la línea 1la línea 1

14

20

25

8

1

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Sistema de calibración (posición)

Desplazamiento radial en el plano horizontal de los 5 hidrófonos de la línea 1 en función del tiempo.

175 m

96 m

El sistema reproduce una distancia fija

con una precisión de ~ 10cm

hidrófonos

Reconstrucción de la línea mediante los sistemas de posicionamiento.

Altas corrientesBajas corrientes

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Sistema de calibración (tiempo)

• La calibración temporalcalibración temporal está basada en un sistema de balizas ópticas de dos tipos: Láser y LED.

• A lo largo de cada línea se distribuyen 4 balizas LED.

• Dos láseres están emplazados al pie de 2 líneas centrales.

• El tiempo de emisión de la luz de la baliza es conocido, lo cual permite calibrar temporalmente el detector.

60 m

300

m

60 m

300

m

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Sistema de calibración (tiempo)

σ = 0.7 ns

σ = 0.6 ns

σ = 0.4 ns

Permite la resolución angular esperada

Baliza Láser -Piso1 Línea 1

Laboratorio - Mar

Sin posicionamiento

Con posicionamiento

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Fondo ambiental• Existe un fondo de luz inevitable debido a bioluminiscencia y al 40K

(sal marina).• Se distinguen 2 componentes:

– Componente continua producida por la emisión Cherenkov después de la desintegración del 40K + actividad biológica de colonias de bacterias.

– Picos de tasa de corta duración provocados por organismos vivos que cruzan accidentalmente el detector.

Componente continua

Picos

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Fondo ambiental

2006

2007

Periodo de alta tasa después de la conexión de la línea 1

Actualmente, la tasa de la componente continua es ~ 60 kHz

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Reconstrucción de eventosLas trazas están representadas para cada línea: la coordenada z (altura) en función del tiempo.

muones hacia arriba muones hacia abajo

Simulación del patrón característico para diferentes ángulos cenitales, para muones pasando a una distancia de 20 m de la línea.

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Eventos reconstruidosMuón

descendente

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Eventos reconstruidosHaz de muones atmosféricos

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Eventos reconstruidos

=35o

Candidato a neutrino

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Distribución en el ángulo cenital

cos

nu

mb

er o

f ev

ents Muones cósmicos

(reconstruidos hacia abajo)

Candidatos a neutrinos (reconstruidos hacia arriba)

Aplicados ciertos criterios de selecciónPre

liminar

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Conclusiones y perspectivas

• Grandes avances durante los 2 últimos años, actualmente ANTARES es el mayor telescopio de neutrinos en el hemisferio norte.

• Tecnología del detector probada con éxito. La línea de instrumentación funcionó durante 2 años.

• La resolución del sistema de calibración (posición, tiempo) en acuerdo con las especificaciones (0.5 ns, 10 cm), esto garantiza la resolución angular < 0.3 º.

• Primeros neutrinos candidatos reconstruidos.• Detector completo a principios de 2008.• Estudios de física en marcha, mucho trabajo por delante …