Poszukiwanie neutrin Poszukiwanie neutrin kosmicznych okosmicznych o najwyższych najwyższych

energiachenergiach

Piotr Mijakowski

• Wyskoenergetyczne neutrina

Plan wykładu

• Metody detekcjiAMANDA

• AMANDA – dotychczasowe wyniki

Źródła neutrin

TeV

GeV

eV

Źródło: arXiv:astro-ph/0203181, „Search for diffuse neutrino flux from astrophysical sources with MACRO”, The Macro Collaboration, 12 Marca 2002.

Wysokoenergetyczne neutrina

AGN

Jety

Czarna Dziura

Dysk Akrecyjny

• Neutrina oddziałują słabo, N ~ 10-44 cm2,

odpowiada to średniej drodze swobodnej

(w wodzie) ~ 3 000 lat świetlnych

Detekcja neutrin

• PRZEKRÓJ CZYNNY ROŚNIE Z ENERGIĄ !!!

• Promieniowanie Czerenkowa

- Cząstka naładowana elektrycznie, v > c/n

- Stożek: cosθ = c/(vn)

- Wartość progowa: ~ 1.5 M

neutrino

mion

Stożek prom.

Czerenkowa

Detektor

oddziaływanie

Sporadycznie, neutrino może oddziaływać z atomami ośrodka

Mion emituje niebieskie światło, któremoże zostać zarejestrowane przez detektor

W wyniku oddziaływania może powstać mion (elektron, tau)

LC-130 Hercules

South Pole1995 – 4 struny

1997 - Amanda-B10:

10 strun, 302 moduły optyczne

r = 60 m

130 dni pracy

200 atm, 1-2 atm/dzień

2000 – Amanda II:

19 strun, 677 modułów optycznych

r = 100 m

~ 4 atm/dzień

Obecnie:

24 struny, 750 modułów optycznych

3000 zarejestrowanych przypadków neutrin

+ + NN + + XX

Oddziaływanie CC Oddziaływanie CC (charged current) dla mionu:(charged current) dla mionu:

50 m

Kosmiczne neutrina?

Lifetime: 130 days

Observed Data

Predicted Atm. Neutrinos

Triggered 1,200,000,000 4574

Reconstructed up-going 5000 571

Pass Quality Cuts 204 273

Neutrina atm.(): 60/dzieńMiony atm.: 8.6*106/dzień

Źródło: Francis Halzen (AMANDA Collaboration), dane z 1997 roku (Amanda-B10)

Diffuse flux

AMANDA II (with 3 years data):~ 10 X higher Sensitivity

Diffuse flux muon neutrinos

3·103 – 106 GeV:

E2 (E) < 8.4 10-7

GeV-1 cm-2 s-1 sr-1

Spodziewane ograniczenie (dane z 2000 r) :~ 3 10-7 GeV-1 cm-2 s-1 sr-1

Źródło: Tsukuba. lipec 2003; arXiv:astro-ph/0306536, czerwiec 2003.

Źródła punktoweAmanda II

697 zarejestrowanych przypadków nad horyzontem

niebo podzielone na 300 obszarów (bins): (~7°x7°)

rozdzielczość kątowa detektora ~2,4°

Źródło deklinacja nobs nb 1997 2000

SS433 5.0o 0 2.38 - 0.7

M87 12.4o 0 0.95 17.0 1.0

Crab 22.0o 2 1.76 4.2 2.4

Mkn 421 38.2o 3 1.50 11.2 3.5

Mkn 501 39.8o 1 1.57 9.5 1.8

Cyg. X-3 41.0o 3 1.69 4.9 3.5

Cas. A 58.8o 0 1.01 9.8 1.2

ograniczenie na strumień w jednostkach 10-8cm-2s-1

@ 90% CL

Źródła punktoweAmanda II

Źródło: arXiv:astro-ph/0309585, „Search for extraterrestrial point sources of neutrinos with AMANDA-II”, The Amanda Collaboration, 22 Września 2003.

Sygnał przy wyższych energiach?

increasing energy deposition

no indication of clustering also at higher energies !

Źródło: Francis Halzen (AMANDA Collaboration)

Podsumowanie

• neutrino astronomy

particle physics + astronomy = particle astronomy

• perspektywy: Icecube, Antares

• weryfikacja modeli teoretycznych

http://amanda.uci.edu http://icecube.wisc.edu http://antares.in2p3.fr

• wysokoenergetyczne neutrina kosmiczne – brak sygnału

South Pole

Dark sector

AMANDA

IceCubePlanned Location 1 km east

Skiway

South Pole

Dark sector

AMANDA

IceCube

IceCube:

80 struny, 4800 modułów optycznych do 2009 r.

obszar 1 km3

~ 300 neutrin atm./dzień

107 eV - 1020 eV (100 EeV)

Amundsen-Scott South Pole Station

South Pole

The Counting House

Koniec

Inne projekty

NESTOR Pylos, Greece

ANTARESANTARESLa-Seyne-sur-Mer, FranceLa-Seyne-sur-Mer, France

BAIKAL Russia

DUMANDDUMAND HawaiiHawaii

(cancelled 1995)(cancelled 1995)

AMANDA, South Pole, Antarctica

NEMOCatania, Italy

Northern hemisphere detectors

Baikal NT200

1100 m deepdata taking since 1998new: 3 distant strings

Antares Nestor

March 17, 20032 strings connected2400 m deepcompletion: start 2006

March 29, 20031 of 12 floors deployed4000 m deepcompletion: 2006

Glass sphere: NautillusGlass sphere: Nautillus

Photomultiplier: 10 inch HamamatsuPhotomultiplier: 10 inch Hamamatsu

Mu metal magnetic shieldMu metal magnetic shield

Active PMT baseActive PMT base

Optical ModuleOptical Module

Oddziaływanie Oddziaływanie CC CC dla dla neutrina neutrina eleelekktrtronowegoonowego lublub ta taonowegoonowego: :

(e,(e,,),) + N + N (e, (e, ) + X) + X

Oddziaływanie Oddziaływanie NC: NC:

xx + N + N xx + X + X

Kaskady

Produkcja kaskad

15 m

Detekcja e , ,

~ 5 m

Kaskady elektromagnetyczne i hadronowe

PeV (300m)

Przypadek taonowy

rozpad

symulacja

Kosmiczne neutrina?

Lifetime: 130 days

Observed Data

Predicted Atm. Neutrinos

Triggered 1,200,000,000 4574

Reconstructed up-going 5000 571

Pass Quality Cuts 204 273

Neutrina atm.(): 60/dzieńMiony atm.: 8.6*106/dzień

Źródło: Francis Halzen (AMANDA Collaboration), dane z 1997 roku (Amanda-B10)

Kaskady (dane 2000)