low energy and anti- detection The stainless sphere housing the PMTS 6.75 m radius A view of the 2200 PMTs Filling the detector: exchange.

Presentazione sul tema: "low energy and anti- detection The stainless sphere housing the PMTS 6.75 m radius A view of the 2200 PMTs Filling the detector: exchange."— Transcript della presentazione:

1 Borexino@LNGS: low energy and anti- detection The stainless sphere housing the PMTS 6.75 m radius A view of the 2200 PMTs Filling the detector: exchange water and liquid scintillator in the 4.25 m radius nylon vessel Gemma Testera: Consiglio di Sezione Luglio 2015 a nome del gruppo Borexino Genova

2 Solar Anti- from the Earth Anti- (or ) from a radioactive source (SOX)  and anti from Supernova) + limits on rare processes signals in Borexino G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015 Continuous data taking from May 2007

3 Scintillator: 270 t PC+PPO (1.5 g/l) in a 150  m thick inner nylon vessel (R = 4.25 m) Stainless Steel Sphere: R = 6.75 m 2212 PMTs Water Tank:  and n shield  water Č detector 208 PMTs in water detection: elastic scattering on electrons anti  detection: Inverse Beta Decay (IBD) “prompt signal” e+: energy loss + annihilation (2  511 KeV each) “delayed signal” n capture on H after thermalization; 2.2  Buffer region: PC+DMP quencher 4.25 m < R < 6.75 m The smallest radioactive background of all the neutrino detectors: 9-10 orders of magnitude smaller than the every-day environment G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015 Borexino: real time detector with liquid scintillator 2011: purification of the scintillator reduction of 85 Kr, 210 Bi, 238 U, 232 Th Phase 1 2007-2010 Phase 2 2012- now

4 Fusion processes in the SUN: the pp chain and the CNO chain G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015 pp fusion chain

5 core The Sun and the other larger mass stars G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

6 Solar Neutrino Energy Spectrum at Earth A. Serenelli et al., Astroph. J. 7432 2011 CNO Solar model Neutrino oscillations and neutrino physics Need to measure flux and energy spectrum pp fusion chain CNO fusion chain G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

7 Expected rates in Borexino Diff High and low metallicity % pp0.8 pep2.1 7 Be8.8 8B8B17.7 13 N26.7 15 O30.0 17 F38.4 CNO Borexino: the expected interaction rate of solar Natural radioactivity in ordinary materials: rates 10 order of magnitude higher G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015 Units 10 10 (pp) 10 9 ( 7 Be) 10 8 (pep, 13 N, 15 O) 10 6 ( 8 B, 17 F)

8 SK SNO Kamland Borexino pp 7 Be pep CNO 8B8B 2.344 ± 0.034 e equiv. 1 (1.4%) 5.25 ± 0.16 +0.11 -0.13 Total active 2  2.77 ± 0.26± 0.32 e equiv. 3 (15%) 2.4 ± 0.4 ± 0.1 e equiv. 4 (17%) 3.5 MeV 3. MeV 5.5 MeV 3.5 MeV 1.6 ± 0.3 (19%) LMA-MSW included 5 3.10 ± 0.15 (5%) e equiv 6 6.6 ± 0.7 (10.6%) LMA-MSW included 7 < 7.7 LMA-MSW included 5 (10 6 cm -2 s -1 ) (10 8 cm -2 s -1 ) (10 9 cm -2 s -1 ) (10 10 cm -2 s -1 ) 1) Y. Koshio (SK Coll.) Neutrino 2014 talk 2) B. Aharmim et al (SNO Coll.) Phys. Rev. C 88 025501 (2013) 3) S. Abe et al (Kamland Collaboration) Phys. Rev. C 84 035804 (2011) 4) G. Bellini et al (Borexino Collaboration) Phys. Rev. D 82, 3 (033006) 2010 8 B detect en. thres. (Lowest) 3.26 ± 0.5 (15%) e equiv 8 5) G. Bellini et al., (Borexino Collaboration) Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 051302.. 6) G. Bellini et al., (Borexino Collaboration) Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 141362. 7) G. Bellini et al. (Borexino Collaboration) Nature 512 383 (2014) 8) A. Gando et al. (Kamland Collaboration) arxiv:1405.6190v1 (May2014) Real time solar detection

9 11 C 210 Bi G. Bellini et al., Borexino Collaboration, Phys. Rev. Lett. 107 (2011) 141362. Spectral fit: 5% accuracy on 7 Be interaction (Phase1) rate G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015 Results of Borexino Phase 1 7 Be 85 Kr pep CNO 210 Po

10  pep signal is ten time lower than 7 Be  About 3cpd/100t  CNO: rate similar to pep Most important background  11 C :  210 Bi : important background for the CNO measurement  External background (  from PMT): Play against 11 C 3 fold coinc TFC Pulse shape param in the fit  Residual 11 C: 2.5 +- 0.3 cpd/100t  (9+-1)% of the original value  48.5% of the original exposure preserved The eec The effect of the 3 fold coinc. G. Bellini et al., Borexino Collaboration, Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 051302.. Multivariate analysis: first pep interaction rate and best CNO limit (phase 1) ra 1 MeV= 500 Npe Capture with gamma release after thermalization 11 C:  + decay with 29 minutes lifetime G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

11 Published on Nature 512, 383-386 (2014) Real time detection of pp neutrinos ( Phase 2) G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

12 e survival probability Assuming the flux from SSM (High metallicity) G. Testera INFN Genoa (Italy) Pisa March 31th, 2015

13 NSI between and electrons modify P ee vs E (MSW) LMA and standard model MaVan models Non standard forward scattering Long range interactions PRD 88: 053010 (2013) 1 10 1 P ee G. Testera INFN Genoa (Italy) Pisa March 31th, 2015 Solar and e surivival probability: MSW and Non Standard Interaction (NSI)

14 Geo- : anti from the Earth Emerging field of neutrino-geophysics The Earth radiate 47 TW A fraction of this heat is radiogenic It depends on the amount of U, Th, K in the crust and in the mantle (U,Th, K, negligible in the core) U, Th, K in the mantle generate heat that powers convection and drives the plate tectonic Various models about the amount of U, Th, K PREM: Preliminary Reference Earth Model density depends on radius 3D distribution of U, Th, K in the crust Goal of geophysics: -determine the abundance of U, Th, (K) and thus quantify the fraction of radiogenic heat -determine their spatial distribution Geon signal prediction at the Earth surface TNU: Terrestrial Neutrino Units 1 geonu in 1 YEAR con 10 32 protons (abou 1Kton liquid scintillator) Typical flux: about 10 6 geo cm -2 s -1 G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

15 Geo- : anti from the Earth E >1.8 MeV “prompt signal” e+: energy loss + annihilation (2  511 KeV each) “delayed signal” n capture after thermalization 2.2  Space and time coincidence Detection method G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

16 New, submitted 2 weeks ago G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

17 Attivita’ in corso e prevista (2015-2016) Miglioramento precisione 7 Be e pep (dopo la purificazione dello scintillatore nel 2011) Miglioramento limite CNO Completamento tuning Montecarlo Completamento analisi ricerca eventi rari: miglior limite limite sul decadimento elettrone in via di pubblicazione Stabilizzazione della temperatura: coibentazione della tank esterna gradienti termici inducono moti dei fluidi distribuzione spaziale di contaminanti tipo 210 Po varia con la temperatura 210 Po vs time importante per determinare 210 Bi Misura precisa o riduzione di 210 Bi: chiave per misurare neutrini CNO Calibrazione: 2 campagna, sorgenti radioattive nello scintillatore Nuovo trigger: impegno di Genova off. Elettronica (Cariello) Preparazione tools analisi per SOX

18 R&D project for neutrinoless  decay with liquid scintillators Borexino scintillator loaded with Xenon Test others scintillators Measure the time response Setup installato in sala grandi montaggi (DIFI- Genova) Borexino Genoa group + S. Di Domizio G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

19 Borexino a Genova + SOX G. Testera 40% (Phys. Coord, membro Ist. Board, membro steering comm.) M. Pallavicini 50% (co-spokes prima della presid. Comm2, PI SOX) S. Zavatarelli 30% (co-chair working group anti-nu, membro steering comm.) L. Di Noto (ass. SOX) 100% A. Caminata (ass SOX) 100% (chair working group Monte Carlo) L. Cappelli (ass. SOX tecnologo) 100% L. Perasso 40% L. Pagani dott. 100% L. Marini dott. 50% C. Ghiano (ass unige ) 100% S. Farinon 10% R. Musenich 10% TOTALE 7.3 FTE + 2 contratti art 23 (SOX) a LNGS Impegni servizi: Off. elettronica: M. Cariello 6-8 mesi/uomo (soprattutto da adesso fino a meta’ 2016) Off meccanica : 2 mesi/uomo uniformi durante l’anno (R&D Xenon) Progettazione : 2 mesi/uomo uniformi durante l’anno (R&D Xenon) G. Testera Consiglio di Sezione Luglio 2015

20 Richieste ai servizi per Borexino+SOX 4 mesi C. Rossi disegno e progettazione (calorimetria SOX, r/d scintillatori) 5 mesi Cereseto disegno e progettazione 8 mesi Massimo Cariello officina elettronica (nuovo trigger per SOX) 1 mese Paolo Musico officina elettronica 6 m.u. officina meccanica (costruzione calorimetro SOX e R/D scintillatori per Borexino) 1 m.u. calcolo (supporto generale)

21