Upload
sailor
View
57
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Radio detection of ultra-high energy neutrinos in Antarctica. Dave Besson , University of Kansas. Nebraska Colorado Missouri Oklahoma. Kansas. нейтрино расследование в Антарктике средства регистрация излучение черенков а в диапазонe радио. 2 образ цы : - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Radio detection of ultra-high energy neutrinos in Antarctica
Dave Besson, University of Kansas
Kansas
Nebraska
Colorado Missouri
Oklahoma
нейтрино расследование в Антарктике средства регистрация излучение черенкова в диапазонe радио
2 образцы:
RICE-``Radio Ice Cherenkov Experiment’’ (расположенно Южном полюсе, глубина 100-300 m, 1995-)
ANITA-``Antarctic Impulsive Transient Apparatus” (воздушный шар 38 km над материк, прототип 2004; главный полёт 12/2006)
Cosmic Cosmic Ray Ray
spectrumspectrum
Atmospheric neutrinos
Extragalactic flux Extragalactic flux sets scale for manysets scale for manyaccelerator modelsaccelerator models
конечная цель: соединиться спектра Заряженный, , и нейтрины измеренно на земле
UHECRs
• сущность задач:– расстояние между столкновениамы (E>1020 eV) ограниченно иээа
взаимодействие с CMB (photoproduction):
– pCMBp(“ГЗК”)
– средняя длина свободного пробега ~ 10 Mpc ощушителност к процессамы в последний 30 M г!
– B нижний энергий (1017-18 eV), реакциы как pCMBpe+e- истощается протонны
– подобный ограничение для регистрация гамма (CMBe+ e-)
• решение: нейтрино астрономия– слабая взаимодействие40 Gpc m.f.p. Лдя Z-burst!
– однако, c.в. + незначительный поток @ ZeV (1/km2/century) вынуждается громадный нейтрино мишень (100-1000 km3)
• “общепринятый” подход: PMT’s (AMANDA, Baikal, Antares, IceCube, Nestor, NEMO, SuperK): длина поглощение/рассеяние приближённо 40 m.
• радио длина поглощение в лёд2 km (измерение 2004); акустический затухание оценивано: 10 km!! (SPATS 2006)
c радиоприёмникы, измерит радио диапазона (в противоположность оптический черенкова излучение) : “Radio Ice Cerenkov Experiment”
Байкал! превосходный реконструкция мюон от NN’
Baikal
Baikal
длина поглощение/рассеяние
эффективный объём (каскады) и эффективный площадь (muons)
РАДИО-НЕЙТРИНО ДЕТЕКТОРЫпервый экспериментальный шаг – INR
(Восток) Latten~2 km (500 MHz) (1985-1990);
Тоже измереннo радио щум и фон – обе приемлемый
измерение прозрачность лда
(январь 2004, South Pole)
радио эхо обнаруживаемый сквозь 5.6 km. Лда!
Bedrock/2850mBarwick, Besson, Gorham, Saltzberg, J. Glac. 2005
“РАДИО КОГЕРЕНЦ” (АСКАРЯН, 1961, 1962): Выгодно измерить ливень в диапазоне радио
e+N -> e- + X• UHE e- вызывается
электромагнитный каскад (bremsstrahlung, pair production, Compton, Bhabha, Moller, photoelectric effect…)
• избыток отрицательный заряженные частиц развивается (например, из-за e+ потер)
• каждый частиц является источником черенкова излучение…
В коротких волнах, получено сигнал= некогерентная сумма всех волнах
В длинные волны (>Rmoliere), получено сигнал = когерентная сумма всех волнах
Rmoliere
~10 cm
E() – Provorov/Butkevich (INR) vs. ZHS vs. AVZ
пучок электронов в SLAC - прямой наблюдение A. действие (~2GHz)
• Measured pulse field strengths follow shower profile very closely• Charge excess also closely correlated to shower profile (EGS simulation)
Sub-ns pulse,Ep-p~ 200 V/m!
моделирующее
2GHz data
Is it coherent Cherenkov radiation? Yes!
• Observed: •100% linearly polarized pulses• Plane of polarization exactly aligned with plane of S and U
Reflection from side wall
2.2 GHz data:
100%polarized
In properplane
Cherenkov radiation predictions:• 100% linearly polarized• plane of polarization aligned with plane containing Poynting vector S and particle/cascade velocity U
USE
измерение плоскость поляризация
Coherence and absolute field strength
• No departures from coherence• field strength ~ N ~ shower energy• tested over a factor of ~20 in energy
• Frequency dependence also as expected for coherent Cherenkov:
E ~ dup to ~2GHz
2.2 GHz all antennas
FullCoherence
Cherenkovcurve
Сравнение оценкы эффективный объём: радио / оптический
17 радиоприёмникы (400 MHz)
12 cm
RICE-AMANDA-SPASE (South Pole)
RICERICE
SPASE
RICE: 17 радиоприёмник – 200-500 MHz
Receivers (Rx)
Черенков конус
радиопередатчик регистрация и калибровка
известный Tx глубина
Точкы=вычисленный глубина
разрешение ухудшается с
расстояню
симуляция угольный разрешение; dE/E~1
RICE эффективный объём (каскады)
первый событие (Feb 11, 1999)
Rx близко поверхность
глубокий
канал
источникы=щум от поверхность
Z-burst
ANITAANITA concept: наблюдение лёд с шара - эффективный объём~103 km3-sr
ANITA эксперимент
• Декабр, 2006: запускать воздушный шар над Антарктикой - летит высоте 38 км, 15-дней
• чувствительный элементы (“детекторы”=радио антенны) пристально разглядывать в поверхность в поиск радио-волны в результате столкновение (коллизия) космические лучи (нейтрино) c лдом. (лёд = мишень для частиц)
++ BOCTOKBOCTOK
полёт шар: (38 км – 2 gm/cm2 / 15-дней)
Вешание испытание (Fort Sumner, New Mexico, USA);
испытание с пучком (SLAC: june 26-july 3)/лёдная мишень
запуск : 1 dec. 2006
испытательный пуск (15.12.03)
После выпуска
В будущем…
• Ещё нужно 100 увеличение
эффективный-объём-живая-время • русская станция Восток предпочтительный Южному
полусу:– 25% глубже лёд (больше мишень)
– Холоднеепрозрачнее!
– Меньще антропогенический шум
проект сеичас приготавливаеться устраивать радио детектор в востоке (NSF 06589 – подержка международныи проекты)– (заинтересованный личносты можно разговаривать c мной о
подробностах)
заключительный замечание:
способ радио (и акустические) представлает возможность измерение нейтрино, монополы, редкий экзотический частиц, а больше всево представляет прыжок в неизвестност…
акустический регистрация нейтрино
ITEP Moscow IV.I. Albul et al. Instr. and Exp. Techn. 44 (2001)327
beam: ITEP Moskau125MeV, 200 MeV p target : H2Odetector: hydrophone
Am
pli
tud
e
Am
pli
tud
e
Proton beam
Time [mks]
Ethr 1016 eVP [dyn] = 2.3*10-14 Eb
0.78 [eV]
P
Proton beam measurements Acoustic signal simulation
Acoustic Detection of Ultra-High Energy Neutrinos
a -2004, June 18, 2004 Rolf Nahnhauer – DESY Zeuthen 25
An example of detected sound(hydrophones H1-H4,G7,G8)
Level o f acoustic no iseat Baika l for time period from 29 M arch to 2 April of 2002 yearH ydrophones of the antenne : #1(depth 3 m ) #2(depth 8 m ) #3(depth 13 m) #4(depth 18 m)and remote hydrophone : #5 (depth 3 m )
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200
Time, [current files]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
me
an a
mp
litu
de
of s
ign
als
, [co
un
ts]
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
мП
а
Acoustic noise from Baikal water
/rad
sin
3 “clusters” = 90º surface noise = 0º ??? = -10º ???noise channeling below ice due to temperature gradient ?
time/msec
EASITEP Moscow II
piezo: -180 dB
Sensitive hydrophone manufacturing Experiments at Lake Baikal
a
a -2004, June 18, 2004 Rolf Nahnhauer – DESY Zeuthen 26
GZK событие / гибрид детектор (c. 2011)
Сигналы нетоценивать
пределы (сплошной) на моделы
(пунктирная)
GZK nu models
распространённый GRB поток
Waxman-Bahcall метод расчёт нейтрино поток от GRB’s