XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real EL...
-
Upload
adoria-subia -
Category
Documents
-
view
216 -
download
0
Transcript of XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real EL...
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS DEL TELESCOPIO DE NEUTRINOS
ANTARES
HAROLD YEPES HAROLD YEPES RAMÍREZRAMÍREZ
IFIC IFIC – Instituto de Física Corpuscular (CSIC - – Instituto de Física Corpuscular (CSIC - UV)UV)
Valencia, Valencia, EspañaEspaña
Colaboración ANTARESColaboración ANTARES
CONTENIDO
1. El detector de neutrinos ANTARES.
2. Sistemas de calibración temporal en ANTARES.
3. Propiedades ópticas del medio usando el sistema de calibración de balizas ópticas.
Muón de 1.2 TeV atravesando el detector (SIMULACIÓN))
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
EL DETECTOR DE NEUTRINOS ANTARES
Matriz 3D de ~ 900 PMTs.
12 Líneas de detección.
25 Pisos / Línea.
3 PMT / Piso (OM Electrónica + PMT)
A 40 km de la costa de Toulón (Francia).
A 2.5 km de profundidad – 42º50’N 6º10’E.
¡ DETECTOR COMPLETO Y TOMANDO DATOS !
3
Esquema horizontal
~60 m
100 m
14.5 m
Cables de unión
2500 m de profundidad
Caja de unión
45°
Piso
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
EL DETECTOR DE NEUTRINOS ANTARES
Interacción de genera ultrarelativista (e y pueden generarse).
Fondo Físico: Interacciones de rayos cósmicos (atm y atm).
Fondo Óptico: Bioluminiscencia, desintegración de 40K.
p
at
m
p
N XW
PRINCIPALES OBJETIVOS:
Astrofísica de de alta energía (SNRs, -cuásares, AGNs, GRBs, …).
Búsqueda de nueva física (Materia oscura, monopolos, …).
- cuásares
SNR GRB
AGN
4
SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES
CALIBRACIÓN
TEMPORAL
RESOLUCIÓN TEMPORAL ABSOLUTA (fijar un tiempo universal para cada suceso)
RESOLUCIÓN TEMPORAL RELATIVA (Entre unidades
de detección)
RESOLUCIÓN ESPACIAL (posicionamiento acústico)
(Requiere resolución mejor que 10 cm)
~ 1 ms para correlacionar señales de detectadas con eventos astrofísicos transitorios (GRBs, Magnetars, etc.).
Limitaciones:
•Caminos electro – ópticos (tiempo de propagación entre estación de control y detector).
Limitaciones:
•TTS del PMT ( ~ 1.3 ns).
•Propiedades ópticas del agua ( ~ 1.5 ns).
Dispositivos de calibración
Funcionamiento deseado
5
• Otras contribuciones (electrónica, T de propagación desde distintos OMs, …), < 0.5 ns Permitir resolución angular esperada (mejor que 0.3º para E > 10 TeV).
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
CALIBRACIÓN CON LASER A TRAVÉS DE FIBRA
ÓPTICA
Objetivo: desfases temporales (time offsets) entre OMs, ( ~ 0.6 ns).
CALIBRACIÓN CON LED INTERNO EN OM
Objetivo: monitorizar el TT del PMT midiendo la diferencia temporal desde la emisión del pulso de luz y el tiempo que es registrado por el PMT ( ~ 0.5 ns).
CALIBRACIÓN ON-SHORE:CALIBRACIÓN ON-SHORE: CALIBRACIÓN CON SISTEMA DE RELOJ
Objetivo: proporcionar un tiempo de referencia común a todos los OMs (incertidumbre ~ 200 ps cumple requerimientos en resolución temporal absoluta).
6
CALIBRACIÓN IN-SITU:CALIBRACIÓN IN-SITU:
SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES
GPS
TXRX
Start-Stop
E/O/E
Conversor digital de tiempo (TDC)
Start -Stop
Cable MEOC (42 km) 1549 nm1532 nm
Divisor óptico (JB)
Cable EMC
1550 nm1310 nm
Cable (fibra) de enlace (200m-500m)
Linea25F5S
LCM tarjetas de reloj
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
CALIBRACIÓN CON 40K
Objetivo: método independiente para verificar los offsets relativos basado en análisis de coincidencias entre OMs ( ~ 0.7 ns).
CALIBRACIÓN CON EL SISTEMA DE BALIZAS ÓPTICAS (Optical Beacons)
Fuentes rápidas de luz pulsada de tipo LEDLED y LÁSERLÁSER con un tiempo de emisión bien conocido. Objetivos:Objetivos: calibración temporal in - situ del detector (resolución temporal, offsets relativos entre OMs), estudiar propiedades ópticas del agua.
4 LED BeaconsLED Beacons (LOB) por línea iluminar OMs en pisos superiores de la misma línea.
36 LED azules en cada LOB distribuidos en grupos de 6 en diseño hexagonal (rise time ~ 2 ns).
Emisión de luz independiente y/o conjunta a diferentes intensidades (~ 150 pJ).
LÁSERLÁSER de estado sólido capaz de emitir pulsos de luz cortos e intensos (1 J).Rise time ~ 0.33 ns.
Ubicados en las bases de las L8 y L7.
Calibración entre líneas de OMs en los pisos más bajos. Realizar verificaciones con el sistema de posicionamiento acústico.
60 m
300
m
60 m
300
m
F2
F9
F15
F21
LINEA
γ
40K
40Ca
e- ( decay)
7
SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
LED BEACON
40K
LED BEACON – 40K
40K – LED BEACONS (LÍNEAS 1 – 5)
γ
40K
40Ca
e- ( decay)
Los offsets calculados
con LED Beacons
son validados por el 40K
RESOLUCIÓN TEMPORAL
σ = 0.4 ns
Resolución temporal en ANTARES. Evolución de la resolución temporal (diferencia de tiempos LOB - OM). Las fluctuaciones no excedieron los 0.35 ns (45 días).
8
Diferencia de offsets on-shore e in–situ (10L). Se
verifica la resolución iluminando un PMT
cercano (única incertidumbre
electrónica).
RMS = 0.7 ns
CORRECCIÓN DE OFFSETS
SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
Longitud de absorción
Longitud de scattering
Distribución angular de scattering
PROPAGACIÓN DE FOTONES EN AGUA
Fuente isótropa de fotones con intensidad I0, el campo de fotones I medido por un PMT con área efectiva A, a una distancia R es:
L
R
eR
AII
20 4L
Rpe
pe eR
20
PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICASBALIZAS ÓPTICAS
)()()( *** ppRayRay pp
p cos)1(cos
Coseno promedio de distribución global
(1-) = probabilidad de scattering por partículas suspendidas
9
effscatabs
effatt
111
cos1scateff
scat
Longitud de atenuación
Longitud de atenuación efectiva
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad RealF2
F25F25
LINEA
F3F3Un solo LED del
LOB del F2 ilumina pisos superiores
Medir intensidad de luz (carga Q colectada en una ventana de 1000 ns) colectada en PMTs de
pisos superiores
Representar la carga (Q) colectada como función de la
distancia (R)
Cortes de calidad (pérdidas de carga, fluctuaciones de ruido,
correcciones de carga)
PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICASBALIZAS ÓPTICAS
DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE HITS EN PMTs
10
ROB-OM ~ 102 m
ROB-OM ~ 183 m
Parte derecha de la distribución influencia de scattering. A mayor distancia mayor fluctuaciones de ruido.
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICASDE BALIZAS ÓPTICAS
VALORES MEDIDOS DE VALORES MEDIDOS DE LL Y RESULTADOS MC Y RESULTADOS MC
El valor para L obtenido con el fit exponencial está siempre entre:
Latt < L < Labs
En ausencia de scattering:
L = Labs
Para un haz colimado:
L = Latt
Puede sugerirse a L como un límite inferior de la Labs.
AJUSTE EXPONENCIAL
¡ PRELIMINAR!
11
MC RÁPIDO: RELACIÓN EXISTENTE ENTRE LOS VALORES DE L Y LAS PROPIEDADES
ÓPTICAS DEL AGUA
• Variar Lsca (30 m – 60 m), <cos> (0.767, 0.897) a Labs fija (60 m). Observar valores para L.
XXXII Bienal de FísicaXXXII Bienal de Física
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real
CONCLUSIONES
ANTARESANTARES ha sido completado, está funcionando y haciendo física ((CF CF CHARLA JP GÓMEZ)CHARLA JP GÓMEZ)..
El sistema de Optical Beaconssistema de Optical Beacons ha medido la resolución temporal del detector (( < 0.5 ns) < 0.5 ns).
El sistema de Optical Beaconssistema de Optical Beacons permite medir los time offsets in situ y corregirlos. Los resultados han sido confirmadosconfirmados por análisis de coincidencias de 40K.
Con los offsets corregidos y la resolución temporal relativa verificada, la precisiónprecisión angularangular del detector (< 0.3º)(< 0.3º) para neutrinos de alta energía puede ser alcanzada.
EL sistema de Optical Beacons también permite la estimación de las propiedades ópticas del agua. En particular, se puede establecer un límite inferior a la longitud de absorción de L ~ 60 mL ~ 60 m..
Estudios en cursoEstudios en curso para estudiar la evolución de la longitud de absorción y optimizar la estimación de los errores.