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Détection des neutrinos solaires avec Borexino. Projet de détection - APC. Plan : Neutrinos solaires et le détecteur Borexino Contraintes techniques et bruit de fond Acquisition et reconstruction Rejet de bruit de fond. Bongrand Mathieu Rotival Vincent. - PowerPoint PPT Presentation
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Détection des neutrinos solaires avec Borexino
Projet de détection - APC
Bongrand MathieuRotival Vincent
Plan :
• Neutrinos solaires et le détecteur Borexino
• Contraintes techniques et bruit de fond
• Acquisition et reconstruction
• Rejet de bruit de fond
Master 2 Physique Fondamentale et AppliquéeSpécialité NPAC
Principe de détection
On détecte les neutrinos solaires par diffusion élastique :
Dans Borexino on s’intéresse plus particulièrement à la raie du 7Be :
862 MeV
« Front Compton »mesuré
v + e- → v + e-
L’électron de recul est détecté par scintillation.
Borexino
Le détecteur Borexino
Scintillateur :PC + PPO
300 t / 100 t fiduciel
2 sphères de nylon séparent les différentes zones :
Le détecteur est situé dans le Laboratoire Souterrain du Gran-Sasso (LNGS)
• une pour le radon Rn
• une pour séparer le buffer et le scintillateur
Buffer = PC + DMPeau
2 200 PM intérieurs
200 PM veto
Un détecteur en temps réel qui devrait être rempli l’an prochain
13.7 m
Bruit de fond de l’expérience
• photons (effet Compton)
Borexino fait partie des expériences d’événements rare, un soin tout particulier doit donc être apporté aux bruits de fond
Blindages (acier et eau), buffer et fiduciel réduit+
Des contraintes de radiopureté très fortes ont été imposées
La plus grande difficulté pour Borexino est la purification du scintillateur et sa stabilité
+ veto muons• rayons cosmiques
• radioactivité du scintillateur14C, impuretés
• neutrons émis par la roche
• radon
• radioactivité des matériaux238U, 232Th et 40K
Impose le seuil de détection
Counting Test Facility (CTF)
Afin d’étudier la faisabilité technique de l’expérience un prototype a été construit.Il a commencé à fonctionner en 1996 et a déjà effectué plusieurs runs.
• 5 t de scintillateur
• 100 PM intérieurs
• 16 PM veto
Il est également situé dans le LNGS
Il servira désormais à tester la pureté du scintillateur pour le remplissage de Borexino.
CTF a démontré la faisabilité technique d’une telle purification du PC.
Un système de purification en ligne permet d’assurer la stabilité de la pureté du scintillateur.
Principe d’acquisition
La mesure de la raie du Béryllium est possible par la détermination du spectre en énergie de l’électron de recul
1843 photomultiplicateurs permettent de détecter les photons de scintillation produits par le parcours de cet électron de recul dans le volume cible
Couverture en angle solide : 50% du volume cible grâce à des collecteurs de lumière
Un système d’acquisition VME Flash-ADC permet alors :
•D’assurer un système de déclenchement online, basé sur le nombre de PMT illuminés dans une fenêtre de coïncidence (50 ns)
•La numérisation des signaux de chaque PMT, avec une résolution temporelle de 200 ps
Principe de la reconstruction d’évènements
Au passage d’un électron dans le volume cible, l’électronique d’acquisition enregistre les informations lues par chaque PMT
Ces informations sont représentées dans l’espace (θ,φ,δt)
Le vertex de diffusion est alors reconstruit par méthode du maximum likehood
Une lookup table (NPMT,r) permet alors d’obtenir l’énergie de l’électron
Obtenue par des simulations
En tenant compte :
•De la diffusion de la lumière dans le milieu, sa réfraction et réflexion…•De la couverture des PMT et leur efficacité quantique•…
Permet le calcul de la résolution expérimentale en énergie
Le véto muons
Les muons cosmiques constituent le bruit de fond majoritaire dans Borexino
Environ 0.023 Hz (CTF)
Deux méthodes de réjection des évènements muons
1- Trigger online, qui utilise l’enceinte de blindage d’eau qui entoure le détecteur
208 PMT tournés vers l’extérieur détectent la lumière Čerenkov émise par un muon cosmique
Le système d’acquisition est inhibé en cas de détection d’un évènement Čerenkov
Efficacité de 99,99%
2- Trigger offline, qui utilise les propriétés du rayonnement Čerenkov
Pattern différent pour des évènements Čerenkov et des électrons
Une reconnaissance de forme permet une réjection supplémentaire
μe- μe-
Rejet des évènements α
Repose sur l’existence d’une composante à temps long dans la réponse du scintillateur pour les évènements α
Introduction d’un paramètre discriminant : le rapport charge avant sur charge totale
Le paramètre tth optimal est déterminé par des simulations pour assurer une discrimination maximale
Efficacité de discrimination de 99.85%
Conclusion
• Nous avons vu le soin apporté à la réalisation de l’expérience
• Les systèmes d’acquisition et de reconstruction
• Un grande connaissance des bruits de fond réduis au maximum
• Des méthodes de rejet qui permettent de réduire les bruits de fond
• CTF a démontré la faisabilité technique de Borexino
• Le remplissage de Borexino est en cours d’autorisation