Rivelazione e misura di mesoni 0 con
il rivelatore ICARUS T600
A. Menegolli – Collaborazione ICARUS
Università degli studi di Pavia e INFN Pavia
ICARUS T600 (1)
Argon liquido (87 K)
Catodo
ee-
eeE (500 V/cm)
eeE (500 V/cm)
eeRivelatore ICARUS
T600 (interno)
Anodo: 3 piani di fili ( ±60° e 0°)
m
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ICARUS T600 (2)
 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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Motivazioni
Nei futuri esperimenti condotti con TPC ad Argon liquido (diversi ktons) uno dei
principali scopi sarà la misura del parametro di oscillazione q13 (nm → ne subleading).
Risulta fondamentale separare gli electtroni dai 0 per distinguere le interazioni
ne CC dalle interazioni nm NC:
ne + n → e- + p (CC)
nm + n → nm + 0 + X (NC)
Per questo sono state studiate le prestazioni di ICARUS T600 nel:
 identificare pioni neutri e nel ricostruire la loro massa;
 ricostruire sciami elettromagnetici di diverse centinaia di MeV
(provenienti dai fotoni del decadimento del 0)
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1800 mm
Tempo di deriva
Circa 570 eventi di interazioni adroniche con produzione di almeno 2
sciami elettromagnetici (dai fotoni del decadimento del 0) sono stati
selezionati dopo l’analisi di circa 7500 immagini bidimensionali di eventi
ionizzanti provenienti da un run di superficie svoltosi a Pavia nel 2001
1600 mm
Coordinata Filo (3mm pitch)
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La misura dell’energia e della
direzione degli sciami e.m.
permette la valutazione della
massa invariante dei sistemi (g,g)
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Misura dei sistemi (g,g)
Per il calcolo della massa invariante Mgg dei sistemi (g,g) sono necessari:
1. Le energie dei due sciami, E1 ed E2
2. L’angolo q12 tra i due sciami
M γγ  2 E1E2 (1  cos θ12 
L’energia di uno sciame e’ data
dall’integrale di tutti i picchi di
energia selezionati all’interno di una
linea poligonale contenente lo sciame
L’angolo q12 viene calcolato a partire
dalle
coordinate
del
vertice
principale dell’interazione e dei punti
iniziali dei due sciami
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Il metodo di ricostruzione è stato validato tramite una simulazione
Montecarlo con FLUKA di eventi con produzione di 0 in ICARUS T600
0
 + 40Ar
gg (a riposo)
S0
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n + 0 + X (2 GeV)
0 + p (a riposo)
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sistemi gg da interazione
di - da 2 GeV in LAr
sistemi gg da 0 a riposo
sistemi gg dal decadimento S+ → 0 + p
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Risultati (1): Lunghezza di radiazione
La distribuzione delle distanze dei punti iniziali degli sciami dal vertice
dell’interazione adronica permette la valutazione della lunghezza di
radiazione dell’Argon liquido:
±
X0 = (17.5 ± 1.2) cm
(Teorica ~ 14 cm)
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Risultati (2): Risoluzione energetica degli sciami (E < 1 GeV)
142 sciami e.m.:
E
E
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
(0.25  0.04)
 (0.007  0.004)
E (MeV )
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Risultati (3): massa invariante gg ed energia totale dei 0: 2 sciami
Ea ~ 400 MeV
- 41 Eventi a due sciami;
- m/m < 15%.
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mgg = 128.0 ± 4.0 MeV/c2
RMS = 24.4 MeV/c2
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Risultati (4): massa invariante gg ed energia totale dei 0: multi-sciame
Ea ~ 370 MeV
- 51 eventi a 2 sciami + multi-sciame;
- m/m < 15%;
- le coppie g corrette valutate da
un’analisi c quadro.
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mgg = 125.7 ± 3.7 MeV/c2
RMS = 25.7 MeV/c2
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Conclusioni
L’analisi di eventi reali nel rivelatore ICARUS T600, associati alla produzione
di pioni neutri, dimostra la correttezza dei metodi e degli algoritmi utilizzati
per la ricostruzione degli sciami e.m. e la misura della massa del 0
In una TPC ad Argon liquido è quindi possibile ricostruire per via calorimetrica
gli sciami elettromagnetici (di energie dell’ordine di qualche centinaio di MeV),
anche nelle condizioni difficili di un run in superficie
I metodi di analisi sviluppati per questo lavoro saranno estesi in vista dello
sviluppo di TPC ad Argon liquido di massa maggiore (~ decine di ktons), che
saranno il vero laboratorio di fisica per una misura di precisione dei parametri
delle oscillazioni di neutrino
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