Йордан Караджов

Симулиране на квазиеластично разсейване на неутрина върху

електрони в близкия детектор на Неутринна фабрика

и Резултати от теста на системата за

измерване на времето на прелитане на експеримента MICE

Йордан Караджов

Начални условия на симулацията :• Дължина на правия учасрък на мюонния

натрупващ пръстен – 400 и 500 m. • Мюонните разпади са равномерно

разпределени по цялата дължина на правия участък.

• Разстояние от края на правия участък до детектора – между 50 и 500 m.

• Матричен елемент за мюонния разпад

За νμ

За anti-νe

където x = 2Eν/mµ , Pµ е поляризацията на мюона и θ е полярния ъгъл на разлитане на неутрината.

22

21cos23 xxθP+x~dxdΩ

Ndμ

ν

22

1cos1 xxθP+x~dxdΩ

Ndμ

ν

ee

Неутринен снопЕнергия на мюоните - 40GeV

Разпределение на точките където νμ и anti-νе пресичат равнина перпендикулярна на снопа и разположена на 500м. от края на правия участък за спиралност на мюона +1.

Разпределение на точките където νμ и anti-νе пресичат равнина перпендикулярна на снопа и разположена на 500м. от края на правия участък за спиралност на мюона -1.

Квазиеластично разсейване на неутрината върху

електрони в близкия детектор

μ+e+ e

s

ms

π

G=σ μF

222

μ+νe+ν μe

cosθ

m+s

ms+cosθ

m+s

ms+

s

EEms

π

G=

dcosθ

dσ2μ

μ

2e

eμeμF

22

2

222

112

2

222 3/12

s

)EE+E(Ems

π

G=σ ν2ν1μeμF

Енергетичен спектър на νμ (зелено) и anti-νe (синьо).

За целия телесен ъгъл

Само за неутрината преминалипрез цилиндър с радиус на основата 1м. и дебелина 30см. иразположен на 500м. от края на правия участък.

Енергия на разпадащите се мюони 40 GeV.

Енергетичен спектър на мюоните от реакциите (зелено) и (синьо) , преминали през цилиндъра.

μ+e+ e

μ+νe+ν μe

Muon energy 40 GeV.

• Енергия на мюоните от реакциите и като функция на полярния ъгъл

μ+e+ e

μ+νe+ν μe

Енергия на мюоните в пръстена 20 GeV.

• Общия брой на мюоните за една година (1021 мюонни разпада в натрупващия пръстен) получени в цилиндричен детектор с радиус 1 m, дебелина 30 cm и плътност 1.032 g/cm3(общо тегло на сцинтилатора ~1 тон), отдалечен на 500 m от края на правия участък.

• Третата колонка показва броя на мюоните за година получени от инклузивната CC реакция (σ = k.Eν,).

• E = 40GeV , P = 1 6.87x105 5.81x105 1.92x109

• E = 40GeV , P = -1 1.67x106 6.97x104 2.81x109

• E = 30GeV , P = 1 2.02x105 1.97x105 1.32x109

• E = 30GeV , P = -1 5.89x105 1.60x104 1.91x109

• E = 20GeV , P = 1 1.83x104 1.14x104 8.07x108

• E = 20GeV , P = -1 7.83x104 7.76x102 1.14x109

μ+e+ e μ+νe+ν μe N

N

• Общ брой на мюоните от симулираните реакции на разсейване върху електрони, като функция на разстоянието между края на правия участък и детектора с радиус 1м ~ 1 тон маса на сцинтилатора.

Предстои да бъде направено:

• Симулиране на енергетичния спектър на мюоните получени от фоновата реакция

• Конкретизиране на конструкцията на близкия детектор

• Детайлна симулация на отклика на детектора при взаимодействие на неутрината в него, с цел определяне на съотношението “сигнал / фон”

N

Резултатите са докладвани на INTERNATIONAL NEUTRINO FACTORY AND SUPERBEAM SCOPING STUDY,Detector working group workshop CERN- 2-5 July 2006http://dpnc.unige.ch/users/blondel/detectors/detector-workshop-ISS-july2006.htm

Тестове на елементи от детекторната система за измерване на време на

прелитане (TOF) на експеримента MICE

Фраскати Италия

Схематичен план на експеримента MICE

electron beam finger 1

Bar 1

Bar 2 DAQ system

Bar 3 finger 2

Схема на тестовата системата за измерване на време на прелитане (TOF)

PMT left scintillator PMT right

TOF bar

Измерване на разделителната способност по време

22

1122

12

rightbar

leftbar

rightbar

leftbar

barbar

TTTTTOF

Timebar2 Timebar1

2_rightleft

barT

TTn

Съотношението (Tleft – Tright )/2 има същата дисперсия като (Tleft + Tright )/2 и може да бъде използвано за определяне на разделителната способност по време.

Run 141 – 149 300 MeV

Run 215 – 217 200 MeV

Run 124 – 133 350 MeV

Run 215 – 217 200 MeV

TDC V1290

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at 10cm from Center Discr CAEN N417σ = 63.91 ps

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 66.18 ps

Bicron BC408 - 6cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 109.7 ps

TDC V1290

Bicron BC420 - 4cm thick impact at center Discr CAEN N417σ = 44.22 ps

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 97.16 ps

Bicron BC404 - 6cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 49.21 ps

TDC V775

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 94.16 ps

Bicron BC404 - 6cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 41.61 ps

TDC V1290 Discr CAEN N417

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at 15 cm from center (5cm from edge)σ = 72.73 ps

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at centerσ = 64.91 ps

Bicron BC408 - 6cm thick impact point at centerσ = 107.2 ps

TDC V1290

Bicron BC420 - 4cm thick impact at center Discr PLS 711σ = 47.24 ps

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 115.4 ps

Bicron BC404 - 6cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 71.63 ps

TDC V775

Bicron BC420 - 4cm thick impact at center Discr PLS 711σ = 49.95 ps

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 101.4 ps

Bicron BC404 - 6cm thick impact point at centerDiscr PLS 711σ = 66.67 ps

TDC V775 Discr

Bicron BC420 - 4cm thick impact at center CAEN N417σ = 90.76 ps

Bicron BC420 - 4cm thick impact point at centerCAEN N417σ = 83.47 ps

Bicron BC404 - 6cm thick impact point at centerCAEN N417σ = 105.4 ps

Run 250 – 251 350 MeV Run 255 – 259 350 MeV

Run 250 – 251 350 MeV

Време на прелитане и “time-walk” ефект

• Поради използването на дискриминатори с фиксиран праг за измерване на времето ще се появи зависимост между количеството заряд и измереното време (“time-walk” ефект).

• “Time-walk” ефектът ще повлияе на стойността на измереното време на прелитане, особено в случaите, когато имаме голяма разлика в големината на импулсите от фотоумножителите на двете пръчки.

RADC

ADCADC

rightPMTbar

rightPMTbar

rightPMTbar

1

21

Без ограничение σ = 134.7 p

R<0.25σ = 123.5 ps

R<0.10σ = 91.27 ps

2

222

11

leftbar

rightbar

leftbar

rightbar

ADCADC

ADCADCADC

Време-зарядова корекция

Време на прелитане преди и след корекцията

Зависимост на измереното време от количеството заряд

Заключение

• Проведените тестове са необходими за оптимизиране на избора на компонентите на детекторната система и електронния тракт.

• Получените резултати са докладвани на колаборационна среща

http://mice.iit.edu/cm/cm16/cm16_agenda.html

• Получените резултати ще бъдат публикувани в “Nuclear instruments and methods A”

Благодаря за вниманието ви