SUPER-KAMIOKANDE
Super-Kamiokande to wodny detektor promieniowania Czerenkowa o masie 50 kt, znajdujący się w Mozumi, niedaleko miejscowości Kamioka w Japonii. Eksperyment jest kontynuacją prowadzonego w latach 1983-1995 eksperymentu Kamiokande (Kamioka Nucleon Decay Experiment). W detektorze Super-Kamiokande badane są neutrina atmosferyczne, słoneczne, akceleratorowe oraz kosmiczne. Na podstawie rejestrowanego promieniowania możliwa jest rekonsrukcja energii, kierunku oraz zapachu produkowanych neutin.
Przykładowy przypadek zarejestrowany w detektorze Super-Kamiokande.
Moja praca dotyczy analizy przypadków oddziaływań neutrin w detektorze Super-Kamiokande, pochodzących z danych zbieranych w okresie 1996-2016. Celem jest poszukiwanie nadwyżki neutrin pochodzącej z okolic centrum Galaktyki, mogącej być produktem anihilacji lub rozpadów Ciemnej Materii. Wyniki uzyskane początkowo podczas pracy magisterskiej ("Search for Dark Matter Particles with the Super-Kamiokande Detector", pdf), zostały znacząco rozszerzone:
- uwzględniono nowe dane (SK IV, 2008-2016)
- uwzględniono trzy nowe możliwe kanały anihilacji: bb, WW i μμ, dla których widma energetyczne produkowanych neutrin uzyskano w symulatorze DarkSUSY (w pierwotnej analizie był uwzględniony tylko monochromatyczny kanał νν)
- uwzględniono modele halo Ciemnej Materii: Moore'a i Kravtsova, będące ekstremalnymi przypadkami (początkowo rozważano tylko model NFW)
- rozważono przypadek rozpadu cząstek Ciemnej Materii
Wszystkie uzyskane wyniki zostały zaprezentowane i zatwierdzone podczas zebrania kolaboracji Super-Kamiokande w maju 2017.
Nowa analiza! Poszukiwanie neutrin z anihilacji Ciemnej Materii we wnętrzu Ziemii
Analiza ta dotyczy poszukiwań neutrin związanych z potencjalną anihilacją CM we wnętrzu
Ziemi. Analiza ta wykorzystywać będzie układ współrzędnych związanych z detektorem (układ zenitalny).
Polegać będzie na dopasowaniu do danych zarejestrowanych w detektorze Super-Kamiokande oszacowania
dotyczącego poziomu tła neutrin atmosferycznych (z uwzględnieniem ich oscylacji) oraz sygnału od neutrin
pochodzących z anihilacji CM we wnętrzu Ziemi. Celem jest sprawdzenie czy dane rejestrowane w detektorze
dozwalają na dopasowanie dodatkowego wkładu od sygnału. Zgodnie z przewidywaniami
teoretycznymi w bardzo gęstych ośrodkach takich jak jądra gwiazd lub też we wnętrzu Ziemi, może
dochodzić do gromadzenia się cząstek CM które są tam wiązane silnym polem grawitacyjnym i efektywnie
mogłyby tam ze sobą anihilować. Spodziewane w wyniku tego procesu neutrina powinny mieć energie w
zakresie od kilku GeV do dziesiątek TeV. W tym obszarze energetycznym źródło tła stanowią tylko neutrina
produkowane w atmosferze ziemskiej przez promieniowanie kosmiczne. Energie neutrin słonecznych oraz
produkowanych w wybuchach gwiazd supernowych są mniejsze niż kilkadziesiąt MeV, natomiast neutrina z
innych źródeł kosmicznych takich jak na przykład aktywne jądra galaktyk, powinny mieć energie większe
niż kilkadziesiąt TeV. Pierwszym etapem analizy będzie szczegółowa symulacja tła i sygnału, dokładnie
odzwierciedlająca charakterystyki energetyczne i kątowe oraz rodzaj produkowanych zapachów neutrin dla
dwóch rozważanych komponentów. Symulacja przeprowadzona zostanie dla szerokiego zakresu mas cząstek
reliktowych. Kolejnym etapem będzie ocena przekrojów czynnych na oddziaływanie cząstek CM z
nukleonami, przeprowadzona na podstawie dopasowań uzyskanych wyników symulacji do danych
zarejestrowanych w detektorze SK. Otrzymane rezultaty porównane zostaną z wynikami pośrednich prób
detekcji CM.
ICARUS
Detektor ICARUS powstał we współpracy międzynarodowej grupy 70 fizyków, którymi kierował prof. Carlo Rubbia, laureat nagrody Nobla z fizyki w 1984 r. Detektor wypełniało 600 ton ciekłego argonu tworząc ogromną komorę projekcji czasowej. Umożliwiało to rekonstrukcję topologii oddziaływań neutrin oraz precyzyjne wyznaczenie energii.
Moja praca polegała na wizualnym skaningu danych z detektora ICARUS-T600. Analiza obejmowała przypadki pochodzące z danych zbieranych z układem wyzwalania skorelowanym z oczekiwanym czasem przybycia neutrin z wiązki CNGS (szczegółowe informacje można znaleźć w raporcie złożonym w związku z grantem ICARUS).
Przykładowy zestaw zdarzeń zarejestrowanych z detektorze ICARUS w 2010 roku,
pochodzący z prezentacji Francesco Pietropaolo na konferencji Neutrino Telescopes 2011.