Direction-sensitive optical module for a km3-detector Katia Fratini University of Genova & INFN NEMO COLLABORATION K. Fratini

Sommario Nemo-KM3 Modulo ottico direzionale (funzionamento e simulazione) Simulazione della risposta di Nemo-KM3 Conclusioni Sensibile a fotoni provenienti da direzioni diversedella luce oppo K. Fratini

Rivelatori di neutrini cosmici 80’s: DUMAND R&D 90’s: BAIKAL, AMANDA, NESTOR 2k’s: ANTARES, NEMO R&D 2010: ICECUBE Mediterranean KM3 BAIKAL ANTARES 2400 m Mediterranean km3 DUMAND NEMO 3500 m NESTOR 3800 m AMANDA ICECUBE K. Fratini

Principio di Rivelazione Vengono rivelati i  che dopo aver attraversato la Terra interagiscono in prossimita` della crosta terrestre o nel rivelatore luce Cherenkov    + N   + X Profondita` >3000m  K. Fratini

Nemo-KM3 A tower floor 2 PMTs at each edge K. Fratini Tower Secondary JB Electro-optical cable to shore Primary JB 40m 20m A tower floor 2 PMTs at each edge K. Fratini

Directional optical module The directional optical module is a good option. The goal is to improve the performances of the detector NEMO-KM3 at low working energy (< 10 TeV) The Cherenkov light is a directional signal The background noise is isotropically distributed A detector sensitive to direction can help … K. Fratini

Direction-sensitive optical module x The traditional OM does not give any information about the arrival direction of the collected light. The OM is supposed to be divided in four parts (quadrants). Each quadrant can receive and collect the light coming from a different angular sector Es. Mirrors + multi-anodic system R x K. Fratini

Model of the direction-sensitive OM  = 90˚  = 0˚  = 45˚ K. Fratini

Simulation of the direction-sensitive OM I quadranti del modulo ottico direzionale sono stati simulati utilizzando 4 PMT di diametro ed accettanza angolare opportuni in modo tale che il numero di fotoelettroni per evento sia lo stesso che nel caso si utilizzi un MO tradizionale 10” PMT MO standard MO direzionale 10 GeV < E < 1TeV Stessa luce (stesso numero di p.e./evento) a parita` di flusso di  e rumore 40K K. Fratini

Simulation of NEMO-KM3 40m 20m Simulation del rivelatore in 2 configurazioni: standard detector and directional detector 81 towers arranged into a 9x9 grid 140 m distance between towers 20 m bar lenght 40 m vertical distance between bars Energy spectrum (E) -2 100 GeV < E < 10 PeV 0 < cos < 1 40 kHz noise Trigger Coincidences within 20ns between the 2 PMTs located at the end of the bar or p.e.>2.5 K. Fratini

Algoritmo di ricostruzione L’algoritmo consta di due parti: Trovare una traccia di partenza per il fit finale il piu` possibile vicina alla traccia vera. Si ottengono 9 tracce: la “migliore” (likelihood per ndof) inizializza il fit finale 2) Fit finale K. Fratini

Modifiche all’algoritmo di ricostruzione The structure of the reconstruction algorithm has been kept. The simulation of the directional PMT has been put where expected in the fit functions optimising the reconstruction procedure. Selezione degli hit che vengono utilizzati nelle procedure di fit, utilizzando criteri generali e sfruttando le caratteristiche del fototubo direzionale. Sensibile a fotoni provenienti da direzioni diverse \Sistema di raccolta della luce opportuno K. Fratini

Distribuzioni angolari  ricostruito   generato 100 TeV < E < 10 PeV 100 GeV < E < 100 TeV K. Fratini

Area efficace NA densita` di nucleoni del bersaglio  sezione d’urto del neutrino PT probabilita` di trasmissione del neutrino nella Terra Nric selezione degli eventi che sono stati ricostruiti Ngen eventi generati Vgen volume generazione K. Fratini

Confronto aree efficace  < 2˚  < 2˚ K. Fratini

Conclusioni E` stata simulata la risposta del modulo ottico direzionale. L’algoritmo di ricostruzione e` stato ottimizzato. Si osserva un miglioramento dell’area efficace a bassa energia. Sensibile a fotoni provenienti da direzioni diverse \Sistema di raccolta della luce opportuno K. Fratini