Distinzione di eventi di ne (CC) da
eventi di nm (NC) nella TPC ad
argon liquido ICARUS T600
Collaborazione ICARUS – A.Menegolli, Univ. di Pavia e INFN Pavia
SIF @ Brescia, 23/09/2004
ICARUS T600
m
LAr agisce come bersaglio e rivelatore
Catodo
Argon
(87 K)
eeee-
E
e-
E
eee-
Anodo: 3 piani di fili (a ±60º e 0º)
23/09/2004
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Rivelatore
T600
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ICARUS T600:

Camera a bolle elettronica
Grande volume di LAr, continuamente
sensibile e self-triggering

Viste 3D di eventi ionizzanti (PID
tramite dE/dx)

Buon calorimetro omogeneo di grana
molto fine (3 x 3 x 0.2 mm3) ed elevata
accuratezza.

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Tipologia degli eventi ne (CC) e nm (NC)
Uno degli scopi principali di ICARUS e` lo studio dei processi
di neutrino, per la misura dei parametri di oscillazione. Per questo
risulta fondamentale la distinzione tra interazione di ne in CC:
ne  n  e  p

e interazione di nm in NC:
n m  n n m   0  X
La tecnica della TPC deve dimostrare quanto precisa sia la misura
dell’energia rilasciata nell’argon liquido dagli sciami e.m. prodotti nel
decadimento del 0 in due fotoni.
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Ricerca di eventi adronici con produzione
di mesoni neutri
Tempo di deriva
La ricerca di eventi con produzione di 0 e` stata compiuta sui dati
registrati da ICARUS T600 nell’estate del 2001 a Pavia. Un software
apposito fornisce il display (2D) degli eventi:
Sciame e.m. dal g del
decadimento 0
gg
Coordinata filo (3mm pitch)
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Run 975 evento 100
Camera Destra
t (cm)
p
g1,
g2
Vista di Induzione II
u (cm)
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Run 975 evento 44
Camera sinistra
t (cm)
g1,g2
,g3
Vertice primario
u (cm)
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Run 975 evento 65
Camera Sinistra
Produzione associata di h0 e 0
Le masse misurate risultano:
g4
g3
g2
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m (g1g2) = 510.4 ± 61.2 MeV/c2
m (g3g4) = 121.8 ± 14.3 MeV/c2
g1
Consistenti con l’ipotesi di produzione
associata di h0 e 0
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Strumenti per la ricostruzione degli sciami
1. Hit finding sui fili delle camere;
2. Identificazione di tutti gli hit dello sciame analizzato;
3. Ricostruzione dell’energia depositata;
4. Ricostruzione della direzione del g;
5. Massa invariante dei sistemi gg associati all’evento
studiato.
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Software di analisi
ANATRA (ANAlysis of TRAcks) fornisce un display delle viste di
ICARUS, e fornisce strumenti di analisi per misure di range-energia
delle tracce singole e per la misura dell’energia degli sciami e.m.
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Ricerca e ricostruzione dei segnali
• Ricerca degli hit : algoritmi standard che distiguono i picchi di
segnale al di sopra di un fondo di rumore ad alta e bassa frequenza
• Per le misure calorimetriche necessari due parametri:
a) La posizione del picco : associata alla coordinata-tempo
per la quale il segnale e` massimo;
b) L’area del picco : calcolata come la somma di tutti i
conteggi di ADC che appartengono al picco (sottratta la
baseline).
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Ricostruzione dello sciame e.m.
t (cm)
Solo i picchi all’interno della
poligonale verde (tracciata
attorno allo sciame) sono
selezionati per la
ricostruzione in energia
•
indica un picco ricostruito
nella vista di Collezione
u (cm)
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Energia dello sciame
Viene calcolata secondo la formula:
ti t0
N


1 
dE  
e 
E (MeV)  Cal (MeV/ADC)   1  kQ
   Areai (ADC)  e

A 
dx   i 1

che tiene conto di:
• energia depositata sui fili (Areai );
• attenuazione del segnale in argon liquido (
eti-t0/e );
• ricombinazione degli elettroni nell’argon liquido (A, KQ , dE/dx).
• conversione da ADC a MeV (Cal);
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Misura della direzione dei fotoni
•
•
•
Le coordinate spaziali del vertice primario e dei punti di inizio degli
sciami sono selezionate direttamente dal display del programma su
due viste 2D;
l’angolo q12 tra due sciami viene quindi ricostruito dalle coordinate
spaziali dei versori dei due fotoni che producono gli sciami;
a questo punto si puo`calcolare la massa invariante del sistema gg:
mg 1g 2  2 Eg 1 Eg 2 (1  cos qg 1g 2 )
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Calibrazione MC con FLUKA
Compton
 0  gg
(a riposo)
   0  p
(a riposo)
   Ar  n  0  X 2 GeV 
g1
Vista di Collezione
g2
Gli algoritmi per la misura dell’energia
degli sciami sono stati calibrati con
un’analisi MC (FLUKA) di varie
tipologie di eventi con produzione di
sciami e.m.:
Compton
Evento di decadimento di 0 a riposo in
ICARUS T600 simulato con FLUKA
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Distribuzione della massa invariante (sinistra) e dell’energia
totale (destra) di 60 sistemi gg selezionati in interazioni
adroniche di - da 2 GeV su Ar, simulate con FLUKA e
misurate con ANATRA, dopo la calibrazione in energia
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Risultati preliminari con eventi reali
Distribuzione di massa invariante gg per 35 eventi reali candidati 
Il best fit con una gaussiana sopra un fondo polinomiale da:
0
 gg
.
mgg= 145.5 ± 8.5 MeV/c2 (~6%)
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Conclusioni
• L’analisi preliminare di alcuni eventi reali di ICARUS T600 con
produzione di mesoni neutri suggerisce la correttezza dei metodi
utilizzati per l’analisi degli sciami e.m., e quindi per la distinzione
di eventi ne (CC) da nm (NC).
• Nel prossimo futuro il lavoro sara` finalizzato alla raccolta di una
statistica piu` elevata in modo da ridurre gli errori statistici e per
meglio valutare le performance delle routines di analisi.
• Sono attualmente in fase di studio alcune routines per una ricostruzione
piu` automatica degli sciami e.m., che si basano sui parametri fisici
degli sciami stessi.
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