XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS DEL TELESCOPIO DE NEUTRINOS ANTARES HAROLD YEPES RAMÍREZ HAROLD YEPES RAMÍREZ IFIC – Instituto de Física Corpuscular (CSIC - UV) IFIC – Instituto de Física Corpuscular (CSIC - UV) Valencia, España Valencia, España Colaboración ANTARES Colaboración ANTARES

CONTENIDO 1.El detector de neutrinos ANTARES. 2.Sistemas de calibración temporal en ANTARES. 3.Propiedades ópticas del medio usando el sistema de calibración de balizas ópticas. Muón de 1.2 TeV atravesando el detector (SIMULACIÓN))

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real EL DETECTOR DE NEUTRINOS ANTARES  Matriz 3D de ~ 900 PMTs.  12 Líneas de detección.  25 Pisos / Línea.  3 PMT / Piso (OM  Electrónica + PMT)  A 40 km de la costa de Toulón (Francia).  A 2.5 km de profundidad – 42º50’N 6º10’E. ¡ DETECTOR COMPLETO Y TOMANDO DATOS ! 3 Esquema horizontal ~60 m 100 m 14.5 m Cables de unión 2500 m de profundidad Caja de unión 45° Piso

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real EL DETECTOR DE NEUTRINOS ANTARES  Interacción de   genera  ultrarelativista ( e y  pueden generarse).  Fondo Físico: Interacciones de rayos cósmicos (  atm y atm ).  Fondo Óptico: Bioluminiscencia, desintegración de 40 K. p atm p    NX W PRINCIPALES OBJETIVOS: Astrofísica de de alta energía (SNRs,  -cuásares, AGNs, GRBs, …). Búsqueda de nueva física (Materia oscura, monopolos, …).  - cuásares SNRGRB AGN 4

SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES CALIBRACIÓN TEMPORAL RESOLUCIÓN TEMPORAL ABSOLUTA (fijar un tiempo universal para cada suceso) RESOLUCIÓN TEMPORAL RELATIVA (Entre unidades de detección) RESOLUCIÓN ESPACIAL (posicionamiento acústico) (Requiere resolución mejor que 10 cm)  ~ 1 ms para correlacionar señales de detectadas con eventos astrofísicos transitorios (GRBs, Magnetars, etc.). Limitaciones: Caminos electro – ópticos (tiempo de propagación entre estación de control y detector). Limitaciones: TTS del PMT (  ~ 1.3 ns). Propiedades ópticas del agua (  ~ 1.5 ns). Dispositivos de calibración Funcionamiento deseado 5 Otras contribuciones (electrónica,  T de propagación desde distintos OMs, …),  10 TeV).

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real CALIBRACIÓN CON LASER A TRAVÉS DE FIBRA ÓPTICA Objetivo: desfases temporales (time offsets) entre OMs, (  ~ 0.6 ns). CALIBRACIÓN CON LED INTERNO EN OM Objetivo: monitorizar el TT del PMT midiendo la diferencia temporal desde la emisión del pulso de luz y el tiempo que es registrado por el PMT (  ~ 0.5 ns). CALIBRACIÓN ON-SHORE: CALIBRACIÓN CON SISTEMA DE RELOJ Objetivo: proporcionar un tiempo de referencia común a todos los OMs (incertidumbre ~ 200 ps  cumple requerimientos en resolución temporal absoluta). 6 CALIBRACIÓN IN-SITU: SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES GPS TX RX Start-Stop E/O/E Conversor digital de tiempo (TDC) Start -Stop Cable MEOC (42 km) 1549 nm  1532 nm Divisor óptico (JB) Cable EMC 1550 nm  1310 nm Cable (fibra) de enlace (200m-500m) Linea 25F 5S LCM tarjetas de reloj

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real CALIBRACIÓN CON 40 K Objetivo: método independiente para verificar los offsets relativos basado en análisis de coincidencias entre OMs (  ~ 0.7 ns). CALIBRACIÓN CON EL SISTEMA DE BALIZAS ÓPTICAS (Optical Beacons) LED LÁSER Fuentes rápidas de luz pulsada de tipo LED y LÁSER con un tiempo de emisión bien conocido. Objetivos: Objetivos: calibración temporal in - situ del detector (resolución temporal, offsets relativos entre OMs), estudiar propiedades ópticas del agua. LED Beacons 4 LED Beacons (LOB) por línea  iluminar OMs en pisos superiores de la misma línea. 36 LED azules en cada LOB distribuidos en grupos de 6 en diseño hexagonal (rise time ~ 2 ns). Emisión de luz independiente y/o conjunta a diferentes intensidades (~ 150 pJ). LÁSER LÁSER de estado sólido capaz de emitir pulsos de luz cortos e intensos (1  J). Rise time ~ 0.33 ns. Ubicados en las bases de las L8 y L7. Calibración entre líneas de OMs en los pisos más bajos. Realizar verificaciones con el sistema de posicionamiento acústico.  60 m 300 m  60 m 300 m F2 F9 F15 F21 LINEA γ 40 K 40 Ca e - (  decay) 7 SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real LED BEACON 40 K LED BEACON – 40 K 40 K – LED BEACONS (LÍNEAS 1 – 5) γ 40 K 40 Ca e - (  decay) Los offsets calculados con LED Beacons son validados por el 40 K RESOLUCIÓN TEMPORAL σ = 0.4 ns Resolución temporal en ANTARES. Evolución de la resolución temporal (diferencia de tiempos LOB - OM). Las fluctuaciones no excedieron los 0.35 ns (45 días). 8 Diferencia de offsets on- shore e in–situ (10L). Se verifica la resolución iluminando un PMT cercano (única incertidumbre  electrónica). RMS = 0.7 ns CORRECCIÓN DE OFFSETS SISTEMAS DE CALIBRACIÓN TEMPORAL EN ANTARES

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real Longitud de absorción Longitud de scattering Distribución angular de scattering PROPAGACIÓN DE FOTONES EN AGUA Fuente isótropa de fotones con intensidad I 0, el campo de fotones I medido por un PMT con área efectiva A, a una distancia R es: PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS Coseno promedio de distribución global (1-  ) = probabilidad de scattering por partículas suspendidas 9 Longitud de atenuación Longitud de atenuación efectiva

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real F2 F25 LINEAF3 Un solo LED del LOB del F2 ilumina pisos superiores Medir intensidad de luz (carga Q colectada en una ventana de 1000 ns) colectada en PMTs de pisos superiores Representar la carga (Q) colectada como función de la distancia (R) Cortes de calidad (pérdidas de carga, fluctuaciones de ruido, correcciones de carga) PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS DISTRIBUCIÓN TEMPORAL DE HITS EN PMTs 10 R OB-OM ~ 102 mR OB-OM ~ 183 m Parte derecha de la distribución  influencia de scattering. A mayor distancia mayor fluctuaciones de ruido.

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real PROPIEDADES ÓPTICAS DEL MEDIO USANDO EL SISTEMA DE CALIBRACIÓN DE BALIZAS ÓPTICAS VALORES MEDIDOS DE L Y RESULTADOS MC El valor para L obtenido con el fit exponencial está siempre entre: L att < L < L abs En ausencia de scattering: L = L abs Para un haz colimado: L = L att Puede sugerirse a L como un límite inferior de la L abs. AJUSTE EXPONENCIAL ¡ PRELIMINAR! 11 MC RÁPIDO: RELACIÓN EXISTENTE ENTRE LOS VALORES DE L Y LAS PROPIEDADES ÓPTICAS DEL AGUA Variar L sca (30 m – 60 m), (0.767, 0.897) a L abs fija (60 m). Observar valores para L.

XXXII Bienal de Física XXXII Bienal de Física 07 – 11 de Septiembre de 2009, Ciudad Real CONCLUSIONES ANTARES(CF CHARLA JP GÓMEZ). ANTARES ha sido completado, está funcionando y haciendo física (CF CHARLA JP GÓMEZ). sistema de Optical Beacons(  < 0.5 ns) El sistema de Optical Beacons ha medido la resolución temporal del detector (  < 0.5 ns). sistema de Optical Beacons confirmados El sistema de Optical Beacons permite medir los time offsets in situ y corregirlos. Los resultados han sido confirmados por análisis de coincidencias de 40 K. precisión angular(< 0.3º) Con los offsets corregidos y la resolución temporal relativa verificada, la precisión angular del detector (< 0.3º) para neutrinos de alta energía puede ser alcanzada. L ~ 60 m. EL sistema de Optical Beacons también permite la estimación de las propiedades ópticas del agua. En particular, se puede establecer un límite inferior a la longitud de absorción de L ~ 60 m. Estudios en curso Estudios en curso para estudiar la evolución de la longitud de absorción y optimizar la estimación de los errores.