Neutrino Detection

By Seyyed Mohammad Reza TaheriLecturer Dr. M. Vahabi Moghadam

مقدمه مقدمه IntroductionIntroduction

معرفیFamily: FermionGroup: LeptonInteraction: weak force and gravityAntiparticle:Antineutrino (possibly identical to the neutrino)Theorized:1930 Discovered:1956Symbol: νe, νμ and ντ

No. of types:3 - electron, muon and tauElectric charge:0Color charge:0Spin:1/2

مقدمه مقدمه IntroductionIntroduction

•Reines: “ … the most tiny quantity of reality ever imagined by humankind”

منشا•پیدایش جهان–

کلوین1.9دمای •

ای‌رآکتورهای هسته–های ذرات‌دهنده‌شتاب–ها‌ستاره––...

ها ها ‌‌اندرکنشاندرکنشInteractionsInteractions

گرانش•

اندرکنش ضعیف•ها‌تبدیل کوارک•

ee

WZ ,0

ها ها ‌‌اندرکنشاندرکنشInteractionsInteractions

انواع اندرکنش ضعیف•–Neutral current

انتقال انرژی و تکانه•

–Charged current

خانواده لپتونی‌تبدیل به هم–انرژی کافی–(npتغییر ذره هدف )–

0Z

W

ها ها ‌‌اندرکنشاندرکنشInteractionsInteractions

مشکل اساسی•

نیاز به حجم باالی آشکارساز•

ایجاد شرابط مناسب•

از بین بردن نوفه•

آشکارسازی Detection

•Reines & Cowan – cadmium chloride in water–Charged interaction

MeV 0.51 فوتون 2–

فوتون از4 تا 3–جذب نوترون در کادمیوم

به طور متوسط– جذب1 دقیقه 20 هر

e

آشکارسازی Detection

•Chlorine detectorsتبدیل کلر به آرگون•ای‌خالص سازی دوره•جداسازی هلیوم و آرگون•Homestakeاولین مورد در •

تن مایع آشکارساز470–استفاده از گالیوم•

حساسیت بیشتر–

آشکارسازی Detection

•Ring-imaging detectorsتابش چرنکوف•photomultiplierماده آشکارسازی احاطه شده با •تعیین•

جهت–انرژی–نوع نوترینو–

•KamiokaNDE, IBM, IceCube, Sudbury Neutrino Observatory, MiniBooNE

آشکارسازی Detection

•Tracking calorimeters detector

صفحات جاذب•امکان ردیابی–استیل، انتخاب معمول–

نسبتا چگال و ارزان•قابلیت آهنربایی شدن•

•MINOS detectorمطالعه ارتعاش نوترینویی–

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

•Sudbury Neutrino Observatory (SNO)تاریخچه•آب سنگین••Neutrino Interactions in D2O

–Charged Current Reaction•W boson•Proportional amount of light•Only electron-neutrino•30 charged current events per day

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

•Neutral Current reaction–Z boson–Break of deuterium–Neutron capture–Sensitive to all 3 type–2 separate neutral current system

–30 neutrons per day in SNO

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

•Electron Scattering–Often for light water

–Sensitive to all 3 types–Electron neutrino dominates–Information

•Little spectral

•Good directional

–3 electron scattering per day in SNO

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

محل آشکارساز•

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

اجزا آشکارساز•–Photomultiplier TubesPMTنگهدارنده ––Acrylic Vessel–SNO Electronics and Data Acquisition–Water System (H2O & D2O)

ناخالصی اورانیوم و توریم• لیتر آب در دقیقه100تصفیه • MnO2فیلترهای سربی و • D2Oکنترل میزان نمک در •

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

•Neutral Current Detection–3He Proportional Counters

D2Oآویزان در داخل •

سطح مقطع جذب باال برای نوترون حرارتی• متر طول11تا •

–Chlorine Salt تن نمک2•%83بازده •نوفه اصلی حاصل از اورانیوم و توریم•

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

•Controls, Monitors and Alarms (CMA)های کف حرکت–دما–تهویه هوا––Fire protection

•Calibration of SNOمهم ترین جنبه محاسبات – تبدیل داده ها به اطالعات –

فیزیکیحالت ایده آل --- بودن یک منبع قابل حمل نوترینو–نبود چنین منبعی --- استفاده از فوتون ها و پرتو گاما و بتا برای –

این کار

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

دیگر آشکارسازها••Super KamiokaNDE (Kamioka Nucleon Decay Experiment)

TankTank DimensionsDimensionsVolume Volume

39.3m in diameter 41.4m in height39.3m in diameter 41.4m in height

50 kton50 kton

Outer partOuter part ThicknessThickness

VolumeVolume

Num. of PMTNum. of PMT

2.6m (7.2 R.L. and 4.3 N.L.) on top and 2.6m (7.2 R.L. and 4.3 N.L.) on top and bottombottom

2.75m (7.6 R.L. and 4.6 N.L.) on barrel2.75m (7.6 R.L. and 4.6 N.L.) on barrel

32 kton32 kton

302 (top), 308 (bottom) and 1275 (barrel)302 (top), 308 (bottom) and 1275 (barrel)

Inner partInner part DimensionsDimensions

VolumeVolume

Num. of PMTNum. of PMT

33.8m in diameter 36.2m in height33.8m in diameter 36.2m in height

18 kton18 kton

1748 (top and bottom) and 7650 (barrel)1748 (top and bottom) and 7650 (barrel)

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

• Super KamiokaNDE – Detector appearance

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

• IceCube

آشکارسازها آشکارسازها DetectorsDetectors

• MINOS Detector

منابع منابع ReferencesReferences• Sudbury Neutrino Observatory homepage

– http://www.sno.phy.queensu.ca/sno/sno2.html

• Grieder P.(2001), Cosmic Rays at Earth, elsevier science.

• Schwarz C.(1997) A Tour of the Subatomic Zoo, AIP Press.

• Wikipedia– http://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino

• IceCube homepage– http://www.icecube.wisc.edu/info/neutrinos/

• MINOS– http://www.eurekalert.org/pub_releases/2003-08/ppa-mdr081403.php

• Super KamiokaNDE homepage– http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/ykphd/chap3-3.html

با تشکربا تشکر