La technique du scan des émulsions nucléaires dans OPERA Luisa Arrabito e e     GdR Mai 2006, LAL Paris

L’expérience OPERA

L’EXPERIENCE OPERA Recherche des oscillations µ   dans le secteur des neutrinos atmosphériques par apparition de  dans un faisceau pur de µ (mesures plus précises des paramètres d’oscillation  m 23 2 et sin 2 2  23 ). Recherche des oscillations µ  e par apparition de e (mesure de  13 ). L = 732 km E = 17 GeV µ ( e ?)  ? Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus

    - + X      (18%) h -    n    (50%) e -    e  (18%)         n   (14%) Exigences: Haute énergie (production du  ), grande résolution (  m) pour reconnaître la topologie de désintégration, cible très massive (  eff d’interaction des )  Expérience : Faisceau pur de  ( =17GeV, intensité de 4, pot/an) créé au CERN, détecteur placé à 732km, dans le laboratoire sous-terrain du Gran Sasso Nombre d’événements attendus en 5 ans:  m 2 =1, eV 2  m 2 =2, eV 2  m 2 =3, eV 2 Bruit de fond signal Pb  1 mm Emulsion (50  m)

Spectromètre 31 murs de briques (3228 briques pour chaque) alternés avec des scintillateurs plastiques 31 murs de briques (3328 briques pour chaque) alternés avec 2 plans de scintillateurs plastiques ~20m 8m x 8m Le détecteur OPERA Structure de la cible (1.8kton): 1 brique =57 émulsions et 56 feuilles de plomb alternées. Il y aura briques. Scanning= 30 /jours pendant 5 ans  ~ briques à scanner. 10 X0

Labos actuels, en Europe: Bari, Berne,Bologne, Lyon, Naples, Neuchâtel, Rome, Salerne et au Japon: Nagoya (1/2 total) Scanning dans OPERA

Table de scan au labo de Lyon Sur axe Z (précision +/-0,2  m) Caméra CMOS Objectif à huile ou à sec 50 X Table XY motorisée Source lumière + condenseur Émulsions acquisition - Table motorisée MICOS : précision mécanique 0.1 micron - Caméra Mikrotron MC 1310: senseur Cmos (1280 X 1024) 500images.s -1 interfacée avec une carte MATROX Odyssey 1 Go.s -1 (une vue= 340 x 283 micron 2 )  Résolution spatiale sur la position d’un grain < 1  m, résolution angulaire < 2 mrad Vitesse de scan > 15 cm 2 /heure

Le changeur d’émulsions au labo de Lyon

Une petite vidéo…

vue générale du système de scan européen standard (SySal) acquisition de 16 vues tomographiques pour chaque couche (top et bottom) "on - line "… 50  m filtrage des images clusterisation pixels  "grains"  traces

Profondeur de Champ scan: 1 image/3  m Objectifs : Huile et Sec Huile~2.2  m Sec ~1.8  m Objectif à sec Émulsion n ~ 1.5 Air n ~ 1 Distance de travail = 400 micron NA=0,90 pour l’huile NA=0,80 pour l’huile M = 50X Adaptation de l’indice de réfraction n émulsion = n huile = 1.5 Objectif à huile

Efficacité du Scanning vs Pureté

Réalisation d’un test beam au Cern en Juillet 2004 Exposition de 8 feuilles consécutives à des pions de 10 GeV, à 14 projections angulaires différentes + 1 film n’a pas été exposé au faisceau pour l’estimation de la pureté Calcul de l’efficacité de scanning et de la pureté yy faisceau xx tan  x tan  y

L’efficacité de scanning = capacité à retrouver une basetrace dans la dernière feuille dans le prolongement de traces construites sur 7 feuilles. La pureté = la densité des traces (fake) dues au bruit de fond instrumental. On vérifie avec un contrôle manuel l’existence des traces trouvées par le système dans la feuille non exposé.  trace top  trace  bottom Calcul de l’efficacité de scanning et de la pureté (2) basetrace

CHI2 PH Coupure de qualité pour les basetraces S x/y pentes des basetraces, S i x/y pentes  traces 2) Nombre de grains (PH) 1) Chi2<(0.17*PH-2) Signale Bruit

OBJECTIF A HUILE Densité des traces du film non exposé: 2799/cm 2 slope<0.4 rad Efficacité du scan Coupure de qualité : Chi2<(0.17*PH-2) Pureté Sans coupure de qualité Distribution angulaire Moyenne ~ 91%

Densité des traces du film non exposé : 240/cm 2 slope<0.4 rad 351 traces ont été vérifiées manuellement -> seulement 1 fake/cm 2 slope<0.4 rad a été trouvée Efficacité de scan Eff. moyenne –0.4% par rapport à sans coupure Pureté

Sans coupure de qualité Densité des traces du film rafraîchi: > 3000/cm 2 slope<0.4 rad Eff. moyenne -0.8% par rapport à l’huile OBJECTIVE A SEC Distribution angulaire des basetraces Efficacité du scanPureté Bruit de fond instrumental

slopeCoupure de qualité : Chi2<((0.14+slope/5)*PH-2.4)) Eff. moyenne -1.2% par rapport à sans coupure!! Pureté 1 fake/cm 2 slope<0.4rad a été trouvée avec un contrôle manuel Distribution angulaire des basetraces Efficacité du scan Moyenne ~ 89%

Résumé Scan à l’huile 90.6% Efficacité moyenne ~ 90.6% 1 Pureté ~ 1 fake/cm 2 slope < 0.4 rad Chi2 Chi2<(0.17*PH-2) Scan à sec 89% Efficacité moyenne ~ 89% 1 Pureté ~ 1 fake/cm 2 slope < 0.4 rad Chi2 Chi2<((0.14+slope/5)*PH-2.4))

DB-Driven Scan

Une base de données de type Oracle permettant : Le contrôle et l’asservissement des systèmes de scan en direct avec le suivi des traces d’une feuille à l’autre Le stockage des données de scan (microtraces, paramètres, conditions, reconstruction) capacité tera-octets

sys1sys2 sys3sys4 Batch Manager ccin2p3 Système d’acquisition des données de la station française ORACLE DB

CS ~ 9.5/mm 2 slope <0.4rad CS 1-2 ~ 0.2/mm 2 slope<0.4rad CS 1-2-Pl.1 ~ 0.13/mm 2 slope<0.4rad Test beam pour la localisation du vertex CERN Exposition: 1 brique + 2 CS ~ 1000 pions 8 GeV 6 heures d’exposition aux cosmiques (sans CS) -> ~ 100 traces/cm2slope<400 mrad 335 ont été suivies (CS1 – CS2 – PL1) Aire scannée pour les traces de déclenchement ~25 cm 2 Densité des traces: Distribution angulaire des traces de déclenchement

Scanback à sec Prédictions Traces trouvées Efficacité calculée sur les traces traversant toute la brique ~ 93.4 % Feuille d’arrêt

Interaction d’un pion du faisceau dans la brique (DATA) Primary pion

Andrea(Padova) Luisa(Lyon) Lucia(Bologna) Michela(Bari) Alessandra (Bari) Enrico(Padova) Francesco(Napoli) Nonoyama(Nagoya) Naganawa(Nagoya)PEANUT Petit Exposure At NeUTrino beamline

MERCI

Résultat récent de Minos