Опера дальние нейтрино - Программа фундаментальных

OPERAдальние нейтрино
Т.М.Роганова от лица
(НИИЯФ МГУ, ФИАН им.П.Н.Лебедева, ИЯИ РАН)
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Oscillation Project with Emulsion-tRacking
Apparatus (OPERA) – эксперимент по прямому
наблюдению осцилляций нейтрино  .
Целью эксперимента OPERA является
наблюдение осцилляций νµ в ντ в пучке νµ от
ускорителя CERN SPS посредством прямой
регистрации распада τ-лептонов в ядерной
эмульсии в подземной лаборатории Гран-Сассо.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Пучок мюонных нейтрино от ускорителя SPS в
CERN направляется на детектор, находящийся
в 732 км в подземной лаборатории Gran Sasso.
2,7*10-3 сек
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Детектор эксперимента ОPERA
31стена из эмульсионных кирпичей/ supermodule
SM1
(всего: 206336, 1766 Т)
SM2

Magnetic Spectrometers
Targets
Proposal: July 2000,
Монтаж установки в LNGS : May 2003
Первые наблюдения нейтрино в пучке CNGS : August 18th, 2006
"Нейтринная физика"
20.12.2007
OPERA Trackers in pictures & numbers
5900 m² scintillator detectors – 3050 m² Resistive Plate Chambers
8064 7m long drift tubes
- ~2000 tons of Fe
OPERA Super-module
details of the first spectrometer
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Главный элемент детектора —
эмульсионные пластины —
исследоваться события взаимодействия
нейтрино, в том числе , появление
которых связано с эффектом
осцилляции.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Эмульсионные пластины (для эксперимента OPERA
потребуется~ 10 миллионов), состоят из прозрачной
пластиковой основы толщиной 200 мкм, на которую с двух
сторон нанесены эмульсионные слои толщиной 50 мкм,
покрытые тонким защитным слоем желатина. Радиус зерен
эмульсии – около 0.2 мкм, плотность – 30 зерен/100 мкм.
Пластины производились с использованием
промышленных линий компании Fuji, что обеспечило
ровнуюфизика"
поверхность и постоянную толщину.
"Нейтринная
20.12.2007
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Brick Manipulation System
High precision robot-manipulator for
Brick handling: to fill the detector,
to extract the bricks daily
BMS
Ventouse Vehicle
ECC brick
Installed and commissioned for both
sides. Ready to fill the detector at speed
of 4 drums/10 hours
"Нейтринная физика"
20.12.2007
При обработке эмульсий планируется выделять следующие
основные типы событий:
Основной целью проекта OPERA является выделение событий пятого типа.
Время жизни -лептона 2.9 ·10-13 с . Основные каналы распада:
Вероятности распадов равны :
17.8%,
17.7% ,
49.5%.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Детектирование появления сигнала от 
-

Задача: отличить
взаимодействия  от
взаимодействий 

Decay “kink”

осцилляции

-

Отбор по топологии событи

Kink

~1 mm
Два требования:
 большая масса
 пространственное разрешение
 отбор сигнала
 подавление фона
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Мишень:1800 Т,
продолжительность5 years
• 30 000 взаимодействий ν
• ~150  взаимодействий
• ~15  идентифицируется
• < 1 фон
CSD plane
20x15 = 300 CSD
= 3.75m2
"Нейтринная физика"
20.12.2007
В 2006 году был
проведено
тестирование
электронного
детектора
совместно с пучком
мюонных нейтрино.
Было
зарегистрировано
около 300
взаимодействий
нейтрино во время
тестовой работы
пучка и детектора
OPERA.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
"Нейтринная физика"
20.12.2007
В 2007 году установка OPERA была заполнена эмульсиями (150 тысяч
эмульсионных кирпичей общей массой 1300.
В 2007 году проводилось тестирование с использованием потока космических
мюонов.
В сентябре-октябре 2007 года - работа с ускорительным пучком.
Пучок стартовал 17 сентября 2007 года.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Во время сеанса пучка все
электронные детекторы OPERA
работали нормально. В течение
пучка скорость работы тригера
была ~ 15 Ггц, живое время
системы съема информации
превышало 98%.
3 категории событий:
•взаимодействия в магните.
•взаимодействие в скальном грунте,
•взаимодействия в мишени по каналу
заряженного или нейтрального тока
(в зависимости от присутствия
мюона).
"Нейтринная физика"
20.12.2007
2 октября 2007 года в
17:04 первое нейтринное
взаимодействие
(порядковый номер
173520760) обнаружено в
мишени.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
В результате экспресс-обработки эмульсионных блоков найдено 38
событий, из них 29 событий, связанных с взаимодействиями по каналу
заряженных токов и 9 событий, связанных с взаимодействиями по
каналу нейтральных токов.
Анализ экспериментального материала продолжается.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
"Нейтринная физика"
20.12.2007
"Нейтринная физика"
20.12.2007
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Работа российских
участников
эксперимента
проводилась по
нескольким
направлениям:
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Работа российских участников эксперимента проводилась в Италии и
России по нескольким направлениям:
Участие в изготовлении эмульсионных блоков и в заполнении
ими эмульсионного детектора. В этой работе в течение всего года
постоянно участвуют российские участники эксперимента. До
середины мая было произведено 20000 кирпичей, за последние 4
месяца 50000. В сутки за две смены работы изготавливается 650-700
кирпичей.
Упаковка и сборка съемных эмульсионных пакетов – Changeable
sheets (CS). Необходимо подготовить несколько сотен тысяч СS.
Работа по созданию СS проводится в темном помещении подземной
лаборатории Гран-Сассо. Технологическая процедура включает
несколько этапов - refreshment эмульсии, сборка СS, вакуумная
упаковка. С середины 2006 года в этой работе постоянно участвуют
российские сотрудники.
В 2007 году во время тестового ускорительного пучка российские ученые
в качестве экспертов принимали участие в работе по проявке
эмульсий в проявочном центре Гран-Сассо.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
В 2007 году проведен анализ изменения свойств эмульсий, использованных
в эксперименте в процессе хранения и процедуры refreshment, а также
сравнительный анализ эмульсионных партий на примере CS. Было
обнаружено появление вуали в процессе хранения CS. В результате
совместных исследований было показано, что это явление связано с
процессом диффузии алюминия в эмульсию в условиях плотного
прилегания пакетов к эмульсии. Предложено уменьшить уровень вакуума,
что позволит избежать появления вуали.
Зависимость величины
фона (числа зерен вуали)
от продолжительности
хранения и наличия
вакуумной упаковки.
Исследование выполнено
на основе
автоматизированного
сканирования.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
В 2007 году продолжены работы для создания условий обработки
эмульсий OPERA в России на комплексе ПАВИКОМ (Полностью
АВтоматизированный Измерительный КОМплекс) в ФИАНЕ.
Переход на более совершенную технологию CMOS “Active pixel”.
Для эксперимента OPERA было приобретено оборудование для снятия и
обработки изображения с микроскопа - скоростная CMOS камера
Microtron MC1310 с чувствительной матрицей Microtron MT9M413 .
Быстродействие CMOS-камеры – порядка 500 кадров в секунду, у простой
CCD – менее 40 кадров в секунду. Достоинствами CMOS технологии
является низкое энергопотребление, малый размер камеры, возможность
получать изображение с предварительно заданного региона матрицы,
более высокое быстродействие.
За основу разработки программы автоматизированного
сканирования была взята библиотека libACQ программного пакета FEDRA.
Библиотека libACQ написана для сканирующей станции, собранной на базе
CMOS камеры Mikrotron MC1310 и позволяет выполнить полный цикл
операций для сканирования и обработки on-line эмульсионных пленок
OPERA.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
В 2007 году продолжены работы для создания условий обработки
эмульсий OPERA в России на комплексе ПАВИКОМ (Полностью
АВтоматизированный Измерительный КОМплекс) в ФИАНЕ.
ПАВИКОМ-2
Микроскоп МПЭ-11,
CMOS-камера Mikrotron MC1310,
подвижной столик Carl Zeiss,
микроконтроллер MCU-26
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Алгоритм сканирования и обработки одного поля изображения эмульсионной
пленки состоит из нескольких этапов:
1) горизонтальное движение в точку (x,y) очередного поля зрения;
2) движение объектива в вертикальной плоскости и одновременная запись
кадров в 16 уровнях по Z;
3) предварительная обработка 16 изображений – вычитание фона;
4) поиск кластеров на всех изображениях (бинаризация, выделение
конгломератов пикселей), сохранение значений центра кластера (x,y) и
размера в пикселях;
5) поиск микротреков по кластерам, сохранение информации о микротреках в
специальном файле в формате ROOT.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Для проверки алгоритма
(поиска кластеров) одни
и те же «эталонные»
изображения эмульсии
были обработаны
программой libACQ.
Размер изображения
1280x1024 пикселя,
размер поля зрения
390x310 мкм2, размер
пикселя 0.3 x 0.3 мкм2.
«Эталонное» изображение 1280x1024 пикселя,
полученное на установке ЕСС в Италии.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
На рис. 4 представлено
изображение одного
кадра.
Проверка работы программы по поиску кластеров
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Проверка работы алгоритмов на
треках, полученных моделированием
Параметры розыгрыша треков:
• Число срезов по глубине в эмульсии, nz
• Расстояние между срезами, step
• плотность фона, n_fog (per 1000 mkm^3)
• плотность блобов вдоль трека, n_blob (per 100 mkm)
• направление оси конуса пучка, тангенс угла наклона с осью
Z, theta
• степень непараллельности, stheta
• ошибка в плоскости xy, s_blob
• общее число треков, n_tracks
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Характеристики блобов, набор 5
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Искусственные треки, набор 5, алгоритм
модифицирован 26 ноября
Число слоев, nz
18
Шаг сканирования, step
3
плотность фона, n_fog (per 1000
mkm^3)
5.6
плотность блобов вдоль трека,
n_blob (per 100 mkm)
30
направление оси конуса,
тангенс угла наклона с осью Z,
theta
0.5
степень непараллельности, чем
больше, тем они менее
параллельны, stheta
0.05
ошибка в плоскости xy, s_blob
0.2
общее число треков, n_tracks
50
Параметры:
segments selected
66
seeds selected
198
number of merging
12
segments after merging
54
segments after refitting
46
segments saved (out of 66)
46
double k=10.5;
int nseedmax[8]={10.*k,10.*k,10.*k,10.*k,15.*k,20.*k,20.*k,20.*k};
Трекинг №5
"Нейтринная физика"
20.12.2007
46 треков из 50
Изображение,полученное на ПАВИКОМ
19 изображений по
высоте, полученных
с шагом 3 мкм;
2081 кластер найден
по всем глубинам;
обрабатывается
поле зрения 100x100
мкм;
Объектив 40х, с иммерсией, размер изображения 1280x1024 пикселя, или 285x228 мкм2.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Часть кадра 320x256 пикселей
Всего для каждого поля зрения снимается 19 кадров, расстояние между
кадрами - 3 мкм, скорость движения объектива по высоте - 18 мкм/с,
частота кадров - 100 кадров/с. Захватывается каждый 16 кадр.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Характеристики кластеров в реальном изображении
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Распределение треков
"Нейтринная физика"
20.12.2007
В результате:
•завершен этап модернизации российского комплекса ПАВИКОМ, связанный
с адаптацией программного пакета libACQ.
•проводится тестирование и отладка алгоритма восстановления микротреков
на основе анализа искусственных событий.
•проведена обработка изображений эмульсии с выделением микротреков по
фотографиям и по изображению с микроскопа.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Заполнение детектора эмульсионными кирпичами в 2008 году
Планируется работа с пучком
"Нейтринная физика"
20.12.2007
150 дней !!!!!!
"Нейтринная физика"
20.12.2007
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Тестирование программного обеспечения проводится на эмульсиях
эксперимента OPERA, облученных во Фраскати (проведение
сканирование одних и тех же эмульсий в России и Италии,
сопоставление данных по количеству кластеров и микротреков).
На площади одного кадра в зависимости от эмульсии и условий
экспозиции алгоритм находит порядка 50 тыс. кластеров различной
величины.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Поиск микротреков и запись информации на диск – заключительный
этап обработки одного кадра. Алгоритм имеет множество параметров
настройки - подбор параметров для данных условий сканирования.
Пространственное
распределение
треков.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Поиск микротреков и запись информации на диск – заключительный
этап обработки одного кадра. Алгоритм имеет множество параметров
настройки - подбор параметров для данных условий сканирования.
Пространственное
распределение
треков.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Искусственные треки, набор 1
Трекинг №1
9 найдено из 10.
"Нейтринная физика"
20.12.2007
Число слоев, nz
18
Шаг сканирования, step
3
плотность фона, n_fog (per
1000 mkm^3)
0
плотность блобов вдоль
трека, n_blob (per 100
mkm)
30
направление оси конуса,
тангенс угла наклона с
осью Z, theta
0.5
степень
непараллельности, чем
больше, тем они менее
параллельны, stheta
0.05
ошибка в плоскости xy,
s_blob
0.2
общее число треков,
n_tracks
10