all SPS del CERN Maximiliano Sioli Assemblea di Sezione 25 giugno 2012

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1 Il progetto NESSiE all SPS del CERN Maximiliano Sioli Assemblea di Sezione 25 giugno 2012

2 La fisica (standard) del neutrino comunque, già di per sé, beyond the Standard Model! Stato dell arte della fisica del neutrino: il paradigma a 3 sapori Ci sono 3 famiglie di neutrini, leggeri, con m m Z (da LEP) Oscillano, quindi hanno massa e si mescolano (autostati massa autostati sapore) Conosciamo: angoli di mescolamento e differenze (quadratiche) di massa Fisica futura Non conosciamo: Gerarchia di massa Fase δ (CPV) Valore assoluto delle masse Natura del neutrino (Dirac vs Majorana)

3 La fisica di NESSiE Accanto a questo solido scenario aleggia nell aria (da oltre 15 anni) lo spettro del neutrino sterile cos è? Èun neutrino non attivo, senza EW couplings se non attraverso il mescolamento con i ν attivi Da un punto di vista teorico la sua esistenza non èper nulla sconcertante: visto che il ν ha massa, quantomeno la sua parte destrorsa (pesante) è sterile Ma a noi interessa un altro tipo di ν sterile, leggero (~ev 2 ): Questo sì che sarebbe sconcertante, perché troverebbe alloggio solo attraverso (almeno) una quarta famiglia Ok, ma perché pensare a queste cose se non ce n è bisogno? Perché, sperimentalmente, siamo circondati da tutta una serie di anomalie che creano una forte tensione tra i vari risultati sperimentali e che puntano tutte nella stessa direzione!

4 Le anomalie LSND MiniBooNE ν e ν bar Reactor ν bar anomaly Gallium MCi exposure Cosmology

5 L idea alla base del progetto Vogliamo fare un esperimento conclusivo Alta luminosità Veloce: O(5 anni) rispetto a O(20 anni) di altri progetti Comparsa e scomparsa, in ν e ν bar mode ν e, ν µ, ν e bar, ν µ bar Repliche near+far per controllo sistematica Accoppiamento tecnologia Lar TPC + spettrometro a valle: ICARUS + NESSiE ν µ /ν e ICARUS NESSiE Spettrometro magnetico àla OPERA (ferro + RPC in digitale) per la misura di p e q dei muoni prodotti nel LAr o nello spettrometro stesso!

6 Dove: CERN North Area 100 GeV primary beam fast extracted from SPS Target station next to TCC2 Decay pipe: L =100 m, ø= 3 m Beam dump: 15 m of Fe with graphite core, followed by μ stations Neutrino beam angle: pointing upwards, at 3m in the far detector, ~5 mrad slope

7 Il fascio all SPS 100 GeV protons, fast extraction (10.5 µs), CNGS intensity (conservative) Sharing scenario: 2 years of ν bar followed by 1 year of ν

8 Air Core Magnet Nell accoppiamento ICARUS NESSiE, la parte più pregiata dello spettro è quella soffice (per aumentare la sensitività ai bassi m 2 ) Molto difficile misurare muoni di bassa energia con uno spettrometro di ferro magnetizzato a bassi momenti si èdominati dal MCS e B non può essere troppo grande Soluzione: aggiunta di un Air Core Magnet (ACM) prima dello spettrometro di ferro Charge mis id a qualche % su tutto il range interessante Statistica Spettro

9 Air Core Magnet Responsabilità di progetto e realizzazione a Bologna Campo: ~0.15 T Potenza < 2 MW Costruzione di un prototipo in scala ~1:3. Fondamentale per: Validazione simulazione Fringe field (importante per PMT di ICARUS)

10 Air Core Magnet Varie opzioni per i rivelatori con cui equipaggare l air core magnet: RPC in lettura analogica Drift tubes Scintillatori àla Minerva letti da SiPM (soluzione investigata da Bologna con la partecipazione del Lab. di elettronica) extruded triangular scintillator strips (produced for D0 and MINERvA at FermiLab), 1.7 cm height with a 3.3 cm base, with embedded wavelength shifting fibers.

11 Passaggi fondamentali del progetto Physics proposal sottomesso all SPSC in ottobre 2011 [arxiv: v1] Feedback positivo suggerito un Technical proposal congiunto con ICARUS Nel frattempo: richiesta di cambio sito: PS SPS Seguito intenso studio di fattibilità Technical proposal congiunto sottomesso all SPSC in marzo 2012 [arxiv: v1] Feedback positivo richiesti chiarimenti

12 Techical proposal congiunto

13 Prossimi passaggi Extensive Answer to SPSC (12 Giugno) Attesa risposta dall SPSC del Giugno In caso favorevole, approvazione del CERN Resource Board di Settembre Sottomissione a CSN2 e CTS in Ottobre Inizio finanziamenti 2013 Inizio lavori 2014 Inizio presa dati 2016

14 Attività 2013 a Bologna (*) Progettazione Air Core Magnet Rivelatori di precisione: Realizzazione di un test completo con cosmici Installazione rivelatori nel prototipo Simulazione e ricostruzione Proseguimento nel ruolo determinante avuto in fase di studio di fattibilità e scrittura del proposal Sito web esperimento (*) in caso di esito positivo da SPSC e CSN2

15 Tempistica Il t 0 verrà dato dall approvazione formale del progetto

16 Anagrafica e richieste ai servizi NESSiE Bologna : S. Cecchini, G. Giacomelli, G. Laurenti, G. Mandrioli, L. Patrizii (resp. locale), M. Pozzato, M. Sioli, G. Sirri, M. Spurio (FTE = 2) Collaborazioni in corso: Progettazione meccanica: M. Guerzoni, C. Guendalini, R. Michinelli Laboratorio di elettronica: I. D Antone, I. Lax, L. Degli Esposti Servizio FTE Periodo Progettazione meccanica 1.5 (0.8) a.u Elettronica 1.0 (0.5) a.u Officina Meccanica 6 m.u Calcolo e reti 5 m.u Amministrazione/Direzione Tutti! Sempre! Note: Tra parentesi sono indicati i valori in caso di ritardi (fascio etc.) Maximiliano Sioli Progetto NESSiE Assemblea di Sezione

17 Conclusioni Momento molto delicato per la fisica del neutrino: attese decisioni importanti su scelte a lungo termine per studio di gerarchia e CPV nel settore leptonico Parallelamente, insistenti segnali che il paradigma a tre neutrini potrebbe non bastare ICARUS NESSiE si inserisce perfettamente in questo contesto con un esperimento veloce e conclusivo Un rilancio della fisica del neutrino al CERN potrebbe inoltre essere ancillare a progetti di più lungo termine Bologna è stata determinante nella formulazione della proposta, e lo sarà in caso di approvazione: Hardware: ACM e suoi rivelatori Software: simulazione, ricostruzione e analisi