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GRUPPO II-
FISICA ASTROPARTICELLARE E
DEI NEUTRINI
BOLOGNA, 6/7/2011
M. Spurio
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio. ASSEMBLEA DI
SEZIONE
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
Fisica Astroparticellare e dei Neutrini
Assemblea di Sezione GRUPPO2
CSN2 2010 Budget iniziale
13 M€
Linea 1 Fisica di neutrino (principalmente ai
LNGS) 23.6%
Linea 2 Misure di processi rari (principalmente
ai LNGS) 22.8%
Linea 3 Studio della radiazione cosmica in
superficie e nelle profondita' marine 22.0%
Linea 4 Studio della radiazione cosmica nello
spazio 18.3%
Linea 5 Ricerca di onde gravitazionali 10.5%
Linea 6 Fisica generale 2.8%
AMS2 sulla ISS: Ricerca antimateria nello spazio
ANTARES, NEMO sotto il mare: Telescopi di neutrini
CUORE ai LNGS: decadimento ββ senza neutrini
GGG: Verifica principio di equivalenza
LVD ai LNGS : Rivelazione collassi gravitazionali
OPERA ai LNGS: Oscillazioni neutrini
XENON ai LNGS : Ricerca materia oscura
36 ricercatori 29.5 FTE + 6 tecnologi 2.3 FTE
+ NESSiE al CERN
Sigle di CSN2 in Sezione
Ricercatori FTE nel 2010/2011
4.7 FTE
4.6 FTE
1.9 FTE
2.2 FTE
4.7 FTE
7.8 FTE
3.4 FTE
=29.5
22991
17544 16647
15823 14663 14620
13009
21213
15991 15432 14530
13541 13621 12454
1778 1553 1215 1293 1122 999 555
0
5.000
10.000
15.000
20.000
25.000
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011
CSN2 : Assegnazioni
TOT
TOT ESP
TOT DOT
k€
Closing Endeavour’s Payload Bay Doors
at the Launch Pad
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
•AMS-02 will identify with high precision the cosmic ray particles
and measure with accuracy their energy
• The combination of these factors will provide unprecedented
sensitivity to search for new physics
• AMS-02 has been
successfully installed on ISS
• The detector is fully
functional and is collecting
data at the rate of over 1
billion triggers per month
Accelerometro differenziale in rotazione
veloce per la verifica del Principio di
Equivalenza nello spazio (GG)
Programma e impegni 2010-2011Run di lunga durata di sGGG
-Design implementazione JPL sistema interferometria laser su sGGG. In
alternativa, design nuovi ponti capacitivi di simile sensibilità
(con test e realizzazione prototipo elettronica a Bologna)
GGG
Baldi Paolo 60% (resp. Locale)
Tortora Paolo 50% Dip Ing. Aerospaziale (Forli„)- UniBo
Giuseppe Casula 40%
Palmonari Federico -
Focardi Sergio -
Il gruppo di Bologna ha curato la scheda elettronica del
power coupler (ora montata su sGGG), di cui aveva
costruito lo scorso anno il prototipo
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
GGG
Finalità: telescopio sottomarino per neutrini ricerca di neutrini astrofisici di alta energia: sorgenti galattiche ed extra galattiche Flusso diffuso di neutrini Ricerca indiretta di dark matter Programma e impegni
2010 e 2011 Maintenence e connessione Linea Strumentata Continuazione dell’analisi dati
ANTARES
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
ANTARES PAPERS in 2011
ZENITH DISTRIBUTION AND FLUX OF ATMOSPHERIC MUONS MEASURED WITH THE 5-LINE ANTARES
DETECTOR. J.A. Aguilar et al., Astropart. Phys. 34 (2010) 179–18
PERFORMANCE OF THE FRONT-END ELECTRONICS OF THE ANTARES NEUTRINO TELESCOPE. J. A.
Aguilar et al., Nucl.Instrum.Meth. A622 (2010) 59-73
SEARCH FOR A DIFFUSE FLUX OF HIGH-ENERGY νμ WITH THE ANTARES NEUTRINO TELESCOPE. J.
A. Aguilar et al., Phys.Lett. B696 (2011) 16-22
AMADEUS - THE ACOUSTIC NEUTRINO DETECTION TEST SYSTEM OF THE ANTARES DEEP-SEA
NEUTRINO TELESCOPE. J.A. Aguilar et al., Nucl. Instr. and Meth. A 626-627 (2011)128-143
TIME CALIBRATION OF THE ANTARES NEUTRINO TELESCOPE. J.A. Aguilar et al., Astropart.Phys. 34
(2011) 539-549
A FAST ALGORITHM FOR MUON TRACK RECONSTRUCTION AND ITS APPLICATION TO THE ANTARES
NEUTRINO TELESCOPE. J. A. Aguilar et al., Astropart.Phys. 34 (2011) 652-662
ANTARES : THE FIRST UNDERSEA NEUTRINO TELESCOPE. M. Ageron et al. Nucl.Instrum.Meth. A (in
press)
ACOUSTIC AND OPTICAL VARIATIONS DURING RAPID DOWNWARD MOTION EPISODES IN THE DEEP
NORTH-WESTERN MEDITERRANEAN SEA. H. van Haren et al., Deep-Sea Research Part I (in press) primo
paper su ANTARES come osservatorio multidisciplinare
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
Corresponding Author: A. Margiotta
Corresponding Authors: S:Biagi, M.S.
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
ANTARES a BOLOGNA
Simone Biagi (assegno di ricerca)
Stefano Cecchini – Steering Committee (Quality Control Manager)
Tommaso Chiarusi – Coord WG Shower reconstruction
Giorgio Giacomelli – Chairman Pubbl. Committee
Annarita Margiotta (resp. locale) – Steering Committee (Coord. simulazioni Monte Carlo)
Maurizio Spurio – Coord. WG diffuse flux neutrinos
Simulazioni Montecarlo:
Run-by-run simulation: miglioramento della rappresentazione del background ambientale (effetti su
ricostruzione eventi).
Analisi:
Oscillazioni di neutrini
Perfezionamento di uno stimatore energia spettro energetico dei neutrini atmosferici
Studio delle variazioni stagionali del flusso di neutrini atmosferici.
Sciami indotti da neutrini elettronici di alta energia
Quality control legato a manutenzione + Return of Experience
Turni di presa dati a La Seyne-sur-Mer
NEMO: Sviluppo di prototipi per un telescopio
a neutrini di grande dimensioni (KM3NeT).
NEMO Bo 2011 S. Biagi, T. Chiarusi , A. Margiotta, M. Spurio
Stato
NEMO Fase 2 in costruzione con completamento dell'integrazione e
installazione a settembre-ottobre
KM3NeT Pre-production model definito, avvio della costruzione a breve con
completamento ed installazione (possibilmente a Capo Passero) a metà 2012
Attività 2012
Presa dati di NEMO Fase-2 e ministringa Antares
Integrazione ed installazione del PPM. In discussione il sito di installazione,
ma Capo Passero è il miglior candidato.
Proposta per il bando PON in preparazione (scade: 11 Agosto) per una
richiesta totale di 45 M€, con l'obiettivo di costruire un telescopio da 60 torri
in futuro espandibile a 100 (KM3NeT)
NEMO DAQ test-bench @
Bologna Electronics TriDAS
(developed by Roma1) (developed by Bologna with Pisa)
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
DOMTOWER - Prototype– Packaging
- Very compact packaging
integration in several production
sites and transport on trucks,
“easy” to be deployed
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
DU
Backbone
Storey
6 m long
20 storeys
@ 40 m
Anchor
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
FTE NEMO
FTE ANTARES
Anche per il prossimo anno avremo bisogno della collaborazione del servizio di Calcolo e reti (in particolare A. Paolucci). Approfitto dell’occasione per ringraziare tutti I tecnici del CC, in particolare Andrea Paolucci, per il lavoro e il supporto fornito nell’anno appena passato.
Risultati 2009-2011 :
Collaborazione: Cuoricino: limite T½0νβ+/EC(120Te) >1.9
1021 yr (90%C.L.)
limite T½0νββ(130Te) >2.8×1024 yr (90% C.L.)
Completate stime del background esterno <1
10-2 counts/Kg KeV yr
>700 cristalli TeO2 immagazzinati ai LNGS nella PSA ~2/3 del totale
Test sui campioni di cristalli consegnati del tutto soddisfacenti
Completata la costruzione dell‟edificio di Cuore e la messa a punto
delle camere pulite per l‟assemblaggio del rivelatore
Bologna: - PSA e relativo database pienamente operativi
- Completati test di concentrazione di azoto rilasciato dalla PSA in galleria
- Completati con successo installazione e test sistema di
sollevamento degli schermi criogenici
Programma e impegni 2011-2012 :
Collaborazione: Inizio costruzione Cuore 0
Commissioning prima parte criostato
Bologna: Manutenzione e gestione PSA e database
Realizzazione, installazione e test anelli di sollevamento schermi criogenici
CUORE
Servizio FTE Periodo
Elettronica
Servizio Tecnico Generale
Officina Meccanica 0.8 spalmati sull’anno
Progettazione meccanica 1.0 + 0.3 + 0.2 “
Calcolo e reti 0.1 “
Esperimento: CUORE
Richieste ai Servizi della Sezione
Assemblea di Sezione 6 Luglio
2011 - M Spurio.
Franco Rimondi……..50% Marco Guerzoni……..30%
Milena Deninno …….50% Carlo Crescentini…….20%
Stefano Zucchelli……50% Franco Semeria……..10%
Giacomo Bari………..40% Antonio Chiarini …….30%
Componenti e FTE del gruppo di Bologna per 2012 :
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
Rivelazione dei neutrini da collasso stellare
Risultati 2010-11:
• Ricerca di SN: acquisizione dati con uptime=99.95%
e massa attiva = 980 t: miglior upper limit al mondo sul
numero di SN nella galassia (0.15/y) ICRC2011
• Monitor del run 2010 del CNGS:
oltre 30000 eventi rivelati, in accordo con le attese.
Programma e impegni 2011-12:
• Acquisizione dati con la massima massa attiva ed efficienza.
• Monitor del CNGS beam.
Componenti e FTE per 2012:
P. Antonioli, G. Bari, E. Bressan, M. Garbini, P. Giusti, R. Persiani, G. Sartorelli, M.
Selvi, A. Zichichi. In totale circa 4 FTE
LVD
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
SN neutrino monitor
During last 12 months: average active mass 980 t, average duty cycle 99.95%.
Since no SN core collapse have been observed in the whole period of observation (1992-2009) the upper limit to the rate of such events in the Galaxy, at 90% C.L., is 0.15 y-1 .
(see Poster @ ICRC2011)
Given its mass, LVD is sensitive to gravitational stellar collapses up to a distance d = 20 kpc (most of the Galaxy), even in the case of the lowest neutrino-sphere temperature and even with just 1/3 of its mass.
(see Astrop. Phys. 28 (2008) 516)
Servizio FTE Periodo
Elettronica 0.1
Servizio Tecnico Generale 0.1
Officina Meccanica 0.2
Calcolo e reti 0.1
Esperimento: LVD LVD + XENON
Servizio FTE Periodo
Elettronica 0.2
Servizio Tecnico Generale 0.2
Officina Meccanica 0.3
Calcolo e reti 0.1
Esperimento: XENON
Assemblea di Sezione
Evidenza oscillazioni → nel fascio di
del CNGS
Ricerca oscillazioni sub-leading → e
Programma 2011 e 2012 2011 Run CNGS 18/3 20/11 (223 giorni)
Integrale atteso (2008
2011) ∼14.5 x 1019 pot ∼ 65% di 5 anni nominali
2012 : ultimo CNGS Run (salvo estensioni ad oggi non previste)
OPERA
6/7/2011
26
STATUS
Analisi 2008-2009 completata. Verificate efficienze e fondi
Osservato un candidato nel canale di decadimento adronico con una
significatività del 95%
In parallelo: scanning e analisi eventi run 2010 e 2011
Prossimo obiettivo: aumentare il campione statistico della ricerca →
Ricerca oscillazioni → e: contribuire alla definizione dell’angolo di mixing θ13
6/7/2011 Assemblea di Sezione
Detection of the first
candidate event PLB691
(2010) 138
27
Un candidato osservato
nel canale τ → h 0.49
0.12 eventi attesi con
0.05
0.01 eventi di fondo
La probabilità che l’evento
non sia dovuto a una
fluttuazione del fondo è del
95%
Attività in Sezione
Misura ai microscopi del laboratorio
5 sistemi di scanning + 3 robot per il montaggio delle lastre
Infrastruttura di calcolo per la ricostruzione locale (40 cpu + 40 TB)
Ricostruzione ed Analisi degli eventi assegnati a Bologna
Eventi run 2008 e 2009 (254 brick) completati
Eventi run 2010 e 2011 (80 brick) in corso
Produzione e manutenzione di componenti
hardware per i microscopi
Item specifici di fisica e MC correlati
Oscillazione e
Ottimizzazione misura di sciami elettromagnetici
Controllo efficienze di ricostruzione
Attività ai LNGS Scanning Station, Sviluppo Emulsioni,
Electronic Detectors : ~ 1 anno-uomo
OPERA a BOLOGNA
6/7/2011 28
S. Balestra, G.Brunetti, P. Calligola, L. Degli Esposti, D. Di Ferdinando, G. Giacomelli, G. Mandrioli, L. Patrizii, M. Pozzato, M. Sioli, G. Sirri, M.Tenti, V. Togo, C. Valieri
Un evento e ricostruito a Bo
Assemblea di Sezione
Servizio Mesi-Uomo Periodo
Elettronica 12 tutto 2012
Servizio Tecnico Generale 24 locali
6 al GS
tutto 2012
Officina Meccanica 3 saltuari
Calcolo e reti
Gruppo Multimediale
6 6 m.u. (tutto 2012)
Amministrazione e Direzione Tutti Sempre
6/7/2011
29
Richieste ai Servizi per il 2012
OPERA BOLOGNA 2011 9 Fisici (7.8 FTE) 2012 7 Fisici (5.6 FTE)
6 Luglio 2011 30
Neutrino Experiment with SpectrometerS in Europe
SPECTROMETER(S) Prospects for a new
CERN-PS Experiment:
Oscillazioni dei neutrini:
problema risolto?
Neutrino oscillations have established a picture and a large
number of experiments consistent with the mixing of three physical
neutrino e and with mass eigenstates and .
There are however a number of anomalies which, if confirmed,
could be due to the presence of an additional, large squared
mass difference and of additional neutrinos.
Two distinct classes of anomalies have been observed, namely
apparent disappearance signals: (1) the anti- e events detected from
near-by nuclear reactors and (2) from the from Mega-Curie k-capture
calibration sources in the Gallium experiments to detect solar ne
observation for excess signals of ne electrons from neutrinos from
particle accelerators (LNSD/MiniBooNE)
+ MINOS (CPT?)
Anomalie nelle misure di a reattori
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
G. Mention et al. arXiv:1101.2755v1 [hep-ex] Experimental results are compared to
the prediction without oscillation, taking into account the new spectra, the neutron
mean lifetime and the off-equilibrium effects. The averaged ratio is 0.937
0.027
LSND: Evidence for ( e)
Assemblea di Sezione 6 Luglio 2011 - M Spurio.
Excess of events: 87.9 22.4 6.0
Beam related backgrounds
Expectation for oscillations
Data points after background subtraction
7 Luglio 2011 Luca Stanco - CdS Padova
F.Mills,
ICHEP,
July 2010
Putting together LNSD and MiniBooNE
6 Luglio 2011 NESSIE 36
Due Spettrometri
FAR (850 m)
NEAR (127 m)
al CERN-PS C. Rubbia et al A search for anomalous neutrino
disappearance and oscillatory phenomena at the CERN-PS”
•Memorandum to SPSC, March 9th 2011
Misura dell’impulso e del segno della carica dei muoni che emergono dal
rivelatore a monte
Studio di oscillazioni νμ → νe con un fascio (anti) νμ di
bassa energia con LAr in posizione NEAR E FAR per
stabilire cosa sta oscillando e cosa non oscilla
6 Luglio 2011 NESSIE 37
FAR site DESIGN STUDY
spettrometri al FAR site e al NEAR site che
siano
- poco costosi
- non richiedano (o quasi) R&D
- veloci da realizzare
- pienamente compatibili con il
proposal del LAr
- massimizzino il risultato di fisica
Allo studio:
• spettrometro leggero, e.g. 2.5 cm di lastre di
ferro
• dipolare : B=1.5 Tesla
• diversi strati sensibili, e.g. 8-10 strati per
braccio di RPC e/o Drift Tubes
• 2 Moduli sul Far ; 1 Modulo sul Near
circa 0.7 ton/Modulo
fascio dal PS
6 Luglio 2011 NESSIE 38
Risultato di esercizio con analisi completa
Reconstructed Neutrino Energy
FAR site
-bar LAr+Spect (Q)
LAr+Spect (Q)
6 Luglio 2011 NESSIE 39
Azioni Recenti e del Prossimo Futuro
MAGGIO: presentazioni a Neutrino Conferences
⇒ caso di fisica ben accettato
discussioni preliminari con management INFN
⇒ Giunta OK ma nessun finanziamento per il fascio
discussioni con management CERN
⇒ PRONTI a studiare il progetto del fascio e a pagare il fascio
GIUGNO: discussioni preliminari con la Comm2
⇒ andare avanti con lo studio e la definizione di una collaborazione
SETTEMBRE : Valutazione in Comm2
Sottomissione di un Memorandum al CERN-SPSC
POI : ottimizzazione dei magneti e dei rivelatori
NESSIE 40
Collaboration
Bari
Bologna
Frascati
Lecce
Padova
Roma1
Salerno
Se il DESIGN STUDY diventerà un ESPERIMENTO
i ricercatori aumenteranno fino a un totale di 18-20 FTE
Nel frattempo:
espressioni di Interesse da
- 2 altre sezioni Italiane
- gruppi Francesi
- gruppi Cinesi
A questo Design Study stanno collaborando ricercatori di
Richieste finanziarie 2012
Richieste ai servizi per il 2012:
Elettronica: 6 m.u. per consulenza DAQ
Progettazione Meccanica 2 m.u. per Struttura meccanica
89 k€ totali, di cui 20 k€ a Bologna
6 Luglio 2011 NESSIE 41
(Richieste molto limitate per il prossimo anno)
Gruppo di Bologna
Simulazione, Software, DAQ, Disegno, Meccanica
L. Patrizii (40%) Responsabile Locale
S. Cecchini (30%)
M. Sioli (20%)
M. Spurio (20%)
Costo stimato Spettrometri (magnete +rivelatori)7-8 M€