Argomenti di tesi specialistica: Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus Documentazione: http://operaweb.lngs.infn.it/ OPERA for scientists Pubblications Presentations at conferences ..... Argomenti di tesi specialistica: Selezione di eventi con topologia di decadimento nell'esperimento OPERA su fascio di neutrini CNGS dal CERN ai Laboratori del Gran Sasso Identificazione di elettroni e misura della loro energia per interazioni di neutrini nell'esperimento OPERA OPERA in sede: Giovanni Rosa (Univ.) Pier Ferruccio Loverre (Univ.) Alessandro Ruggieri (tecnico INFN) Paola Pecchi (tecnico INFN) Lab. di scanning: 3° piano V. Ed. – stanza 340 Contattare: Giovanni Rosa 3° piano V. Ed. – stanza 323 Tel. 06 4991 4404 e-mail giovanni.rosa@roma1.infn.it

The Gran Sasso National Laboratory Largest underground laboratory for astro-particle physics 1400 m rock shield (cosmic  flux reduction ~ 10-6) Research topics: ▪ Neutrino physics (mass, oscillations) ▪ Dark matter ▪ Geo-physics ▪ Biology n OPERA 18,000 m2 INFN - LNGS L’Aquila (Italy), 120 km from Rome!

SK (1998) : atmospheric neutrino anomaly interpretable as nm  nt oscillation CHOOZ(1998) : no (or very small) nm → ne oscillation SK nm disappearance oscillation signal confirmed by K2K and MINOS Neutrinos as fundamental particles of the SM oscillate, i.e. their MASS Eigenstates mix as for GAUGE states: MINOS arXiv:hep-ex/0806.2237

Motivation, Design: Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus Provide a direct evidence of nm ↔ nt oscillation look for nt appearance in a pure nm beam beam: CNGS <E> 17 GeV (e+e)/ 0.87%  /  2.1%  prompt negligible “hybrid” detector with ECC target At the given distance (732 Km), nm flux optimized to maximize the nt charged current interactions <L/E> = 43 Km/GeV Long-baseline, flavour oscillation: small fraction of ν ; Far-away source, low flux, weak interaction: → large target mass required (as usual for ’s …) CC interactions of ν tagged by the  decay (c= 87 μm) : → need high spatial resolution & lepton Id ( background rejection, including charm production and decay) Hybrid technique: tracking apparatus with “many” Emulsion Cloud Chamber target units nt t ~ 0.6mm byproducts? …anything you can do by lepton Id, topology (prompt/non prompt) & some kinematics, event-by-event… … limited by statistics, however… t- : m- nt nm (17.4%) e- nt ne (17.8%) Kink h- nt n po (49.5%) p+ p- p- nt npo (14.5%) Multiprong 

OPERA: a hybrid detector SM1 SM2 VETO Target area Magnet and RPCs PT PT+XPC BMS

OPERA step by step: brick finding Using data from the real-time detectors (scintillator hits, # p.e., identified tracks in TT and spectrometers), a probability map of the bricks where the interaction might have occurred is built. The most probable brick is extracted. The most probable brick is extracted from the target during the run.

rigid (spring tensioned) ECC target units (150036 bricks, 1.25 kton...) n Main role of the Target Tracker: Select a brick for  event location Handle with care ! candidate eventually inside… 12.5x10.2 cm² 8 cm thick 8.4 kg, 10 X0 (94% Pb) ~ 9x106 Emulsion films in OPERA, and as many Pb sheets… CS doublet n t Target walls interleaved with TT modules to host ECC bricks: strong , light (~% mass added), rigid (spring tensioned) Intercalibration: tracking back from TT to ECC by 2 Emulsion films, “Changeable sheets” TT→CS:  50 m² →120 cm² cm→μm ! Pb Em ECC brick structure: tight, light-proof envelope extremely regular pile of 57 Emulsion films 2x 42 μm double-coat 210 μm base 56 Pb sheets, 1 mm thick up to ~3000 bricks/wall

170 mm 250 mm 2° Data taking: @ home, with a microscope... CMOS camera Scanning speed 20 cm2/h 2° Data taking: @ home, with a microscope... What the microscope camera sees in one film... ESS microscope Commercial hardware Software algorithms 170 mm 250 mm

Track follow-up and vertex finding nm 1 2 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 … CSd Track follow-up film by film: alignment using cosmic ray tracks definition of the stopping point  ~2 µm Volume scanning (~2 cm3) around the stopping point JINST 4 (2009) P06020

Stato e prospettive dell’esperimento: Dopo il completamento dell’apparato, la presa dati con fascio di neutrini dal CERN è iniziata nel 2007 con un run breve, e proseguita su piena scala nel 2008 e 2009; Sono stati finora registrati dall’apparato elettronico circa 5500 eventi ricostruiti all’interno della targhetta attiva di OPERA, cioè nei bricks; Il fascio di neutrini CNGS è stato attivo nel 2009 per circa 25 settimane, fino al 23 novembre; riprenderà in aprile 2010, con una attività che si prevede più estesa, e con una intensità integrata che dovrebbe crescere del 50%; La presa dati di OPERA è schedulata, con lo stesso passo del 2010, anche negli anni 2011 e 2012; L’esperimento è “ibrido” : rivelatori elettronici per la localizzazione degli eventi + “tomografia tridimensionale” nelle lastrine di emulsioni fotografiche per lo studio degli eventi e la loro classificazione. La seconda presa-dati è effettuata nei laboratori di scanning (anche a ROMA!) ed è una attività continua, per tutto l’anno; è ora in corso di completamento l’analisi dei dati del 2008, e in fase avanzata la localizzazione degli eventi del 2009 e il loro studio; Gli studenti che sceglieranno di svolgere in questo ambito il loro lavoro di Tesi avranno occasione di partecipare ad entrambe le fasi di presa dati; l’analisi finale dei dati si effettua su data base dell’intero esperimento