GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Démarrage du programme CNGS (CERN Neutrino to Gran Sasso) : faisceau & détecteur OPERA Oscillations ν.

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1 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Démarrage du programme CNGS (CERN Neutrino to Gran Sasso) : faisceau & détecteur OPERA Oscillations ν µ → ν τ GDR neutrino - octobre 2006

2 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Faisceau CNGS Protons de 400 GeV/c du SPS dirigés sur une cible de graphite pour produire des mésons Mésons chargés positivement (négativement) sont focalisés (défocalisés) par la corne magnétique et le réflecteur Les π + et les K + se désintègrent sur 1 km dans le tunnel de désintégration en ν µ et en µ Mésons résiduels absorbés par les murs arrêtant les hadrons 2 détecteurs de muons sont utilisés pour contrôler le faisceau

3 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Faisceau CNGS 17 GeV ( e + e )/  0.87%  /  2.1%  prompt négligeable Intensité du faisceau : 4,5E19 p.o.t/an en mode partagé 7,6E19 p.o.t/an en mode dédié (p.o.t = proton sur cible) => Faisceau optimisé pour un nombre maximal d’interactions ν τ CC dans le détecteur

4 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie 50 ms 10,5  s Faisceau CNGS http://hpslweb.cern.ch/frame/java/1.1/view110-java.html t en (ns) 50 ms Ext1 Ext2 Distribution en temps des événements (ns) 10,5  s ● Cycle du SPS :16,8s ; cycle du CNGS : 6s deux extractions par cycle durant chacune 10,5 µs et séparée de 50 ms ● Sélection des événements basée sur la synchronisation des systèmes GPS du CERN et du LNGS Nombre d’événements corrélés en temps avec le faisceau observés au Gran Sasso Agrandissement de la superposition des deux extractions cycle SPS : 16,8 s Extraction rapide Cycle CNGS : 6 s Champ magn. du SPS Courant du SPS => Correspondance avec le temps d’extraction Prise de données fin Août 2006 :

5 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Intensité des extractions en fonction du temps Augmentation suite aux réparations du PS permettant d’arriver à une intensité équivalente à 70% de l’intensité nominale (2,4*10 13 pot) Extraction 1 Extraction 2 Vendredi 25 août 2006 1.7 E 13 pot Temps Unix (ns depuis le 1 er janvier 1970) Vendredi 18 août 2006 Intensité des extractions (p.o.t) durant la première période ~1.38E13 Nombre de coups

6 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Faisceau CNGS Intensité intégrée (pot) en fonction du temps 2 jours de dévt + problèmes Vend 25 Août 2006 Dévt Lundi 28 Août + Problème de détection de fumée (CNGS) TOTAL: 7,6 E17 pot EXT1: 3,81 E17 pot EXT2: 3,79 E17 pot Vend 18 Août 2006 13:40 Mer 30 Août 2006 5:00 Temps Unix (ns depuis le 1 er janvier 1970) Luminosité intégrée

7 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie OPERA, une collaboration internationale 37 INSTITUTS, ~160 PHYSICIENS IPNL, IRES, LAPP INR ITEP JINR, Obninsk Zagreb L’Aquila, Bari, Bologna, Napoli, Padova, Roma, Salerno, LNF, LNGS Bern Neuchat el Zurich Brussels Hamburg, Münster, Rostock Sofia Aichi, Toho Kobe, Nagoya Utsunomiya Technion Haifa METU Ankara IHEP Beijing Shandong Gyeongsang University Oscillation Project with Emulsion tRacking Apparatus

8 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Détecteur OPERA ● Hall C du Laboratoire souterrain du Gran Sasso ● 2 supermodules identiques, chacun comprenant * 31 murs de briques (Pb + émulsions photographiques) * 31 murs de trajectographe électronique (TT) * un spectromètre à muons Spectromètres à muons => RPC, tubes à dérive, aimant (1,5 T) Supermodule 1 (SM1) Supermodule 2 (SM2) Partie cible = 31 murs de TT+ 31 murs de briques   -- Coude de désintégration  -- ~1 mm  -- oscillation Objectif : Détection de ν τ dans un faisceau de ν µ ν µ (faisceau CNGS ) Emplacement de BOREXINO

9 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Length : 6.9m Width : 1.7 m 64 strips/module Les briques 8.3 kg 10 X0’s Pb Couches d'émulsions  1 mm 2 couches d'émulsion (44  m d'épaisseur) sur 200  m de plastique 12.5cm 10.2cm Le trajectographe Premier mur du TT ECC « Emulsion Cloud Chamber » : composant de base de la cible 1 ECC = 56 plaques de Pb + 56 feuilles d’émulsions Emulsions => bonne résolution spatiale ~micron Structure compacte et modulaire 206336 briques au totale soit 1766 tonnes 2 couches d’émulsion supplémentaires (CS, « Changeable Sheet » ) pour augmenter l’efficacité de trouver la brique 62 murs de trajectographe électronique (TT) 1 mur = 256 barreaux de scintillateur plastique verticaux + 256 barreaux horizontaux Fibres optiques à décalage de longueur d’onde collées dans des gorges à la surface des barreaux Photomultiplicateurs multicanaux (PMT) reliés aux fibres à chaque extrémité => Permet de localiser en temps réel et en 3D la brique dans laquelle a eu lieu l’interaction Détecteur OPERA => Permet de mettre en évidence la signature de désintégration du tau mais aussi de mesurer les impulsions et d’identifier les électrons ν

10 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie 4 muons cosmiques Evénements : Rayonnement cosmique Côté roche Côté couloir Vue de côté Vue de dessus Avant la prise de données avec le faisceau, l’étude des cosmiques avait permis de préparer les détecteurs électroniques Cible (murs de briques + trajectographe) Spectromètre à muons

11 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Evénements du faisceau dans OPERA Exemple de ν µ du faisceau traversant le détecteur Côté roche Côté couloir Vue de côté Vue de dessus Faisceau CNGS  Données enregistrées avec détecteurs électroniques uniquement, pas de briques Etude des événements corrélés en temps avec le faisceau : 319 * 70% interactions dans la roche + Borexino (223 évts) * 30% dans les aimants (96 évts)

12 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Evénements à l’extérieur du détecteur Interactions des neutrinos du CNGS dans les roches alentours Faisceau CNGS Trajectoire du muon courbée par l’aimant

13 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Evénements dans le détecteur Interactions des neutrinos du CNGS dans le détecteur OPERA Évt CC dans le fer du premier aimant Évt CC dans le trajectographe électronique (60 tonnes de plastique) Faisceau CNGS

14 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Les rayons cosmiques sont facilement identifiables en raison de leur topologie : ils viennent essentiellement du haut. Traces “horizontales” centrées autour de 3,2° : événement corrélés en temps avec le faisceau Evénements z y θy >0 θy <0 θyθy θyθy θ y = arctan(py/pz) en dégré Nombre de coups Axe du faisceau simulation des cosmiques données

15 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Boîte CS Brique Stockage des émulsions Stockage du plomb 5 stations d’empilement et de compression 1 station d’empaquetage Actuellement : 12*10 6 feuilles d’émulsions & plaques de Pb >200 000 briques à assembler taux de production : 1000b./jour  10 mois pour remplir le détecteur Production des briques BAM = Brick Assembling Machine

16 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie BMS = Brick Manipulating System 2 manipulateurs de chaque côté Laboratoire de développement des émulsions au Gran Sasso avant leur envoie dans les différents laboratoires de la collaboration Véhicule possédant un système d’aspiration sous vide pour déplacer les briques Insertion et extraction des briques

17 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Planning Fabrication et insertion des briques : 1000 briques seront insérées pour la prise de données en octobre => tests de toute la procédure : détection & extraction de la brique, développement Intensité du faisceau nominale prévue pour la prise de données avec faisceau en octobre 2006 qui durera 2 semaines

18 GDR neutrino - 5 octobre 2006- CHON-SEN Nathalie Conclusion Le programme CNGS a bien démarré Les premiers tests ont montré que les détecteurs électroniques sont opérationnels pour la prise de données d’octobre 2006 Plus de 300 événements corrélés en temps avec le faisceau ont été enregistrés OPERA est actuellement en train de se préparer à la prochaine étape : observer les interactions de neutrinos dans les briques => Prochaine prise de données avec le faisceau CNGS du 25 octobre au 7 novembre 2006, puis en mars 2007 à temps plein