410 likes | 581 Vues
Radio detection of ultra-high energy neutrinos in Antarctica. Dave Besson , University of Kansas. Nebraska Colorado Missouri Oklahoma. Kansas. нейтрино расследование в Антарктике средства регистрация излучение черенков а в диапазонe радио. 2 образ цы :
E N D
Radio detection of ultra-high energy neutrinos in Antarctica Dave Besson, University of Kansas Nebraska Colorado Missouri Oklahoma Kansas
нейтринорасследованиев Антарктике средстварегистрацияизлучение черенкова в диапазонeрадио 2 образцы: RICE-``Radio Ice Cherenkov Experiment’’ (расположенно Южномполюсе, глубина 100-300 m, 1995-) ANITA-``Antarctic Impulsive Transient Apparatus” (воздушный шар 38 km над материк, прототип 2004; главный полёт 12/2006)
Cosmic Ray spectrum конечнаяцель: соединиться спектра Заряженный, g-, и нейтрины измеренно на земле Extragalactic flux sets scale for many accelerator models Atmospheric neutrinos UHECRs
сущность задач: • расстояние между столкновениамы (E>1020 eV) ограниченно иээа взаимодействие с CMB (photoproduction): • pgCMBDpp (“ГЗК”) • средняя длина свободного пробега ~ 10 Mpc ощушителност к процессамы в последний 30 M г! • B нижний энергий (1017-18 eV), реакциы как pgCMBpe+e-истощается протонны • подобный ограничение для регистрация гамма (ggCMBge+ e-) • решение: нейтрино астрономия • слабаявзаимодействие40 Gpc m.f.p. Лдя Z-burst! • однако, c.в. + незначительный поток @ ZeV (1/km2/century) вынуждается громадный нейтрино мишень (100-1000 km3) • “общепринятый” подход: PMT’s (AMANDA, Baikal, Antares, IceCube, Nestor, NEMO, SuperK): длина поглощение/рассеяние приближённо 40 m. • радио длина поглощение в лёд2 km (измерение 2004); акустический затухание оценивано: 10 km!! (SPATS 2006) • c радиоприёмникы, измеритрадио диапазона (в противоположность оптическийчеренкова излучение) : “Radio Ice Cerenkov Experiment”
Байкал! превосходныйреконструкциямюон отnmNmN’
Baikal Baikal длина поглощение/рассеяние
эффективныйобъём (каскады) и эффективныйплощадь (muons)
РАДИО-НЕЙТРИНО ДЕТЕКТОРЫ первый экспериментальный шаг – INR (Восток) Latten~2 km (500 MHz) (1985-1990); Тоже измереннo радио щум и фон – обе приемлемый
измерениепрозрачностьлда (январь 2004, South Pole)
радиоэхо обнаруживаемый сквозь 5.6 km. Лда! Barwick, Besson, Gorham, Saltzberg, J. Glac. 2005 Bedrock/2850m
“РАДИО КОГЕРЕНЦ” (АСКАРЯН, 1961, 1962): Выгодно измерить ливень в диапазоне радио • ne+N -> e- + X • UHE e- вызывается электромагнитный каскад (bremsstrahlung, pair production, Compton, Bhabha, Moller, photoelectric effect…) • избытокотрицательныйзаряженныечастицразвивается (например, из-за e+ потер) • каждыйчастиц является источником черенкова излучение…
В коротких волнах, получено сигнал= некогерентнаясумма всех волнах В длинные волны (>Rmoliere), получено сигнал = когерентнаясумма всех волнах Rmoliere ~10 cm
пучок электроновв SLAC - прямойнаблюдение A. действие (~2GHz) Sub-ns pulse, Ep-p~ 200 V/m! моделирующее 2GHz data • Measured pulse field strengths follow shower profile very closely • Charge excess also closely correlated to shower profile (EGS simulation)
Is it coherent Cherenkov radiation? Yes! 2.2 GHz data: 100% polarized U S E In proper plane • Cherenkov radiation predictions: • 100% linearly polarized • plane of polarization aligned with plane containing Poynting vector S and particle/cascade velocity U Reflection from side wall • Observed: • 100% linearly polarized pulses • Plane of polarization exactly aligned with plane of S and U измерениеплоскостьполяризация
Coherence and absolute field strength • No departures from coherence • field strength ~ Ng ~ shower energy • tested over a factor of ~20 in energy • Frequency dependence also as expected for coherent Cherenkov: • E ~ n dn up to ~2GHz 2.2 GHz all antennas Cherenkov curve Full Coherence
Сравнение оценкы эффективныйобъём: радио / оптический
RICE-AMANDA-SPASE (South Pole) SPASE RICE
RICE: 17 радиоприёмник – 200-500 MHz Receivers (Rx) Черенков конус
радиопередатчикрегистрацияи калибровка известный Tx глубина Точкы=вычисленныйглубина разрешениеухудшается с расстояню
симуляцияугольныйразрешение; dE/E~1
первыйсобытие (Feb 11, 1999) Rx близко поверхность глубокий канал источникы=щум от поверхность
ANITA concept: наблюдениелёд с шара - эффективныйобъём~103 km3-sr
ANITA эксперимент • Декабр, 2006: запускатьвоздушный шар над Антарктикой - летит высоте 38 км, 15-дней • чувствительный элементы (“детекторы”=радио антенны) пристально разглядывать в поверхность в поиск радио-волны в результате столкновение (коллизия) космические лучи (нейтрино) c лдом. (лёд = мишень для частиц)
Вешаниеиспытание (Fort Sumner, New Mexico, USA); испытание с пучком (SLAC: june 26-july 3)/лёдная мишень запуск : 1 dec. 2006
В будущем… • Ещё нужно 100увеличение эффективный-объём-живая-время • русская станция Восток предпочтительный Южному полусу: • 25% глубже лёд (больше мишень) • Холоднеепрозрачнее! • Меньще антропогенический шум • проект сеичас приготавливаетьсяустраивать радио детектор в востоке (NSF 06589– подержка международныи проекты) • (заинтересованныйличносты можно разговаривать c мной о подробностах)
заключительный замечание: способ радио (и акустические) представлает возможность измерение нейтрино, монополы, редкий экзотический частиц, а больше всево представляет прыжок в неизвестност…
акустический регистрация нейтрино
Acoustic Detection of Ultra-High Energy Neutrinos Proton beam Time [mks] Proton beam measurements Acoustic signal simulation ITEP Moscow I V.I. Albul et al. Instr. and Exp. Techn. 44 (2001)327 beam: ITEP Moskau125MeV, 200 MeV p target : H2Odetector: hydrophone P Ethr 1016 eV P [dyn] = 2.3*10-14 Eb0.78 [eV] Amplitude Amplitude a -2004, June 18, 2004 Rolf Nahnhauer – DESY Zeuthen 25
a An example of detected sound(hydrophones H1-H4,G7,G8) ITEP Moscow II EAS Sensitive hydrophone manufacturing Experiments at Lake Baikal time/msec piezo: -180 dB sin Acoustic noise from Baikal water 3 “clusters” = 90º surface noise = 0º ??? = -10º ??? noise channeling below ice due to temperature gradient ? /rad a -2004, June 18, 2004 Rolf Nahnhauer – DESY Zeuthen 26
GZK nu models Сигналы нетоценивать пределы (сплошной) на моделы (пунктирная) Waxman-Bahcall методрасчётнейтринопоток от GRB’s распространённый GRB поток