Rivelazione e misura di mesoni 0 con il rivelatore ICARUS T600 A. Menegolli – Collaborazione ICARUS Università degli studi di Pavia e INFN Pavia

Anodo: 3 piani di fili ( ±60° e 0°) m 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. …gli elettroni sono guidati da un campo elettrico verso tre piani di fili di lettura… …sui quali viene indotto un segnale elaborato dall’elettronica. Una particella che attraversa il rivelatore ionizza gli atomi di Argon… Argon liquido (87 K) Catodo e- e- e- e- E (500 V/cm) e- e- E (500 V/cm) e- e- Rivelatore ICARUS T600 (interno) Anodo: 3 piani di fili ( ±60° e 0°) 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino 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 elettroni dai p0 per distinguere le interazioni ne CC dalle interazioni nm NC: ne + n → e- + p (CC) nm + n → nm + p0 + 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 p0) 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino Circa 570 eventi di interazioni adroniche con produzione di almeno 2 sciami elettromagnetici (dai fotoni del decadimento del p0) 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 Tempo di deriva 34 cm 1400 mm 70 cm La misura dell’energia e della direzione degli sciami e.m. permette la valutazione della massa invariante dei sistemi (g,g) 1800 mm Coordinata Filo (3mm pitch) 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

Misura dei sistemi (g,g) Per il calcolo della massa invariante Mgg dei sistemi (g,g) sono necessari: Le energie dei due sciami, E1 ed E2 L’angolo q12 tra i due sciami 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 C = fattore di calibrazione che converte da ADC a MeV Ak = area del k-esimo picco di energia in conteggi ADC e(tk-t0/te) = correzione per la vita media te degli elettroni di deriva 1+kQ(dE/dx) = fattore di ricombinazione elettrone-ione L’angolo q12 viene calcolato a partire dalle coordinate del vertice principale dell’interazione e dei punti iniziali dei due sciami 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

Il metodo di ricostruzione è stato validato tramite una simulazione Montecarlo con FLUKA di eventi con produzione di p0 in ICARUS T600 sistemi gg da interazione di p- da 2 GeV in LAr sistemi gg da p0 a riposo p0 gg (a riposo) p- + 40Ar n + p0 + X (2 GeV) S0 p0 + p (a riposo) sistemi gg dal decadimento S+ → p0 + p 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino 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) ± 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

Risultati (2): Risoluzione energetica degli sciami (E < 1 GeV) 142 sciami e.m.: 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino Risultati (3): massa invariante gg ed energia totale dei p0: 2 sciami Ea ~ 400 MeV 41 Eventi a due sciami; sm/m < 15%. mgg = 128.0 ± 4.0 MeV/c2 RMS = 24.4 MeV/c2 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino Risultati (4): massa invariante gg ed energia totale dei p0: multi-sciame Ea ~ 370 MeV 51 eventi a 2 sciami + multi-sciame; sm/m < 15%; le coppie g corrette valutate da un’analisi c quadro. mgg = 125.7 ± 3.7 MeV/c2 RMS = 25.7 MeV/c2 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino

XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino 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 p0 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 20/09/2006 XCII Cogresso Nazionale SIF - Torino