L'esperimento XENON100 al Gran Sasso Francesco Arneodo INFN-LNGS

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Pio Pandolfi
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1 L'esperimento XENON100 al Gran Sasso Francesco Arneodo INFN-LNGS F. Arneodo, XCVII Congresso SIF, L Aquila, 27 Settembre 2011

2 Tecniche dirette di rivelazione COUPP, PICASSO FONONI CDMS EDELWEISS CRESST, ROSEBUD GERDA MAJORANA COGENT CARICA XENON LUX ZEPLIN ArDM LUCE DEAP/CLEAN DAMA XMASS TECNICHE TRACCIANTI DRIFT DMTPC MIMAC NEWAGE

- Accoppiamento vettoriale allo spin Frequenza di eventi

3 Interazione di WIMP con nuclei WIMP WIMP 230 km/s Energia di rinculo del nucleo= O(10 kev) - Accoppiamento scalare - Accoppiamento vettoriale allo spin Frequenza di eventi attesa con rilascio di energia dell ordine di 100KeV o meno

4 Caratteristiche di un rivelatore di WIMP Cosa cerchiamo? Cosa serve? Rarissimi eventi singoli di rinculo nucleare a energie molto basse (kev) Spettro che diminuisce con l energia Modulazione annuale degli eventi candidati Un rivelatore con massa molto grande Numero atomico A grande (per interazioni scalari) Rumore di fondo e soglia il più bassi possibile

5 Perchè lo Xenon? É uno scintillatore efficiente e veloce in luce UV (178 nm) Numero atomico elevato: 136. Ideale per la rivelazione di interazioni SI (spin independent) Z=54, r=3g/cm 3 : possibilità di eccellente autoschermatura 50% di abbondanza di isotopi dispari per lo studio di interazioni SD Assenza di isotopi radioattivi di lunga vita. Unica eccezione il 85 Kr che può essere rimosso tramite distillazione. Criogenia relativamente semplice a -100 o C

6 TPC in doppia fase wimp Reiezione del fondo elettromagnetico >99% Ricostruzione 3D Reiezione eventi multipli

7 162 kg di Xenon XENON 100 Aprile et al., arxiv: kg nel volume sensibile 4 cm di Xenon per schermatura attiva 242 fotomoltiplicatori R8520-AL Catodo a -16 kv; E: kv/cm Anodo a 4.5 kv, regione proporzionale a 12 kv/cm.

8 I Laboratori del Gran Sasso XENON100

10 Il fondo radioattivo in XENON100 PHYSICAL REVIEW D 83, (2011) 30kg VOLUME FIDUCIALE (NO VETO) SCALA DI ENERGIA SOTTO 9 kevee SOLO INDICATIVA

11 Leff Misurare l energia dei rinculi nucleari Misurare la resa di scintillazione dei rinculi nucleari a basse energie non è semplice Usiamo come riferimento i g a 122 kev del 57 Co. Definiamo il parametro Il segnale S1 sarà dato da Misure dedicate di Leff (2011) 0.35 Arneodo 2000 Bernabei Akimov 2002 Aprile 2005 Chepel Aprile 2009 Manzur Plante Energy [kevnr]

12 Dati 2009/2010/2011 Risultati di un run di 11.2 giorni pubblicati in Phys. Rev. Lett. 105, , (2010). Analisi giorni di dati blinded presi nella prima metà del 2010 pubblicati in Phys. Rev. Lett. 107, , 2011 Dati 2011: run in corso, analisi prevista nei prossimi mesi

13 Esempio di un evento di bassa energia

14 Calibrazione La calibrazione in ER è ottenuta con una sorgente di 60Co (1.17 e 1.33 MeV) La calibrazione in NR è ottenuta con una sorgente di AmBe da MBq(220n/s),

Selezione e trattamento dei dati Tagli sulla qualità dei dati: disegnati per rimuovere eventi di rumore o con parametri non fisici: accettanza molto elevata Scatter cuts : disegnati per rimuovere

15 Selezione e trattamento dei dati Tagli sulla qualità dei dati: disegnati per rimuovere eventi di rumore o con parametri non fisici: accettanza molto elevata Scatter cuts : disegnati per rimuovere interazioni multiple Taglio geometrico per volume fiduciale: ellissoide di 48 kg Tagli di livello avanzato, disegnati per rimuovere eventi con problemi di consistenza (es. Pattern di PMT non consistenti con la posizione nella TPC)

16 Accettanza dell analisi Verificata sulle bande laterali della regione blinded Approccio profile likelihood deciso a priori per l analisi (provato sugli 11.2 giorni del run 7) In parallelo, analisi basata su regione fiduciale

17 Previsioni sul fondo Infiltrazione statistica di eventi electron recoil 1.14±0.48 eventi Dominata dal 85 Kr Infiltrazioni anomale :diffusioni multiple parzialmente fuori dal volume sensibile) Neutroni 0.56± 0.25 eventi 0.11 ± 0.08 eventi Totale: 1.8 ± 0.6 eventi

18 Unblinding Infiltrazione di eventi di rumore relativi ad alcuni PMT

19 Profile Likelihood Analysis S2 [PE] Si costruisce una funzione di verosimiglianza Il termine principale contiene il parametro di interessa, la sezione d urto, I termini addizionali costringono i nuisance parameters del termine principale Utilizza tutto lo spazio S1S2 Incorpora le incerezze sistematiche S1 [PE]

20 Risultato attuale

21 Il Futuro

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