Методика выделения антиядер в эксперименте PAMELA

Слайд 0

Методика выделения антиядер в эксперименте PAMELA А.М. Гальпер, А.Г. Майоров от коллаборации PAMELA 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва Институт Космофизики Национального Исследовательского Ядерного Университета «МИФИ»

Слайд 1

Источники антиядер в космических лучах 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва Испарение ПЧД Антипротоны Вторичное рождение Скрытая масса Важно искать и антиядра с зарядом |Z|>1, например, антигелий, т.к расчетное отношение анти-Не/Не в случае его вторичного происхождения ~ 10-12 – 10-14 Домены антивещества: антигалактики, шаровые скопления антизвёзд и др.

Слайд 2

ГФ: 21.6 см2 ср Масса: 470 кг Размеры: 130 · 70 · 70 см3 Мощность: 360 Вт Матнитный спектрометр Микростриповая кремниевая трековая система + постоянный магнит (5 секций) Измерение жёсткости R и определение импульса p (R = pc/|Z|e) Измерение ионизационных потерь и определение абсолютной величины заряда |Z| Определение знака заряда (разделение частиц и античастиц) Научная аппаратура PAMELA Запущена 15 июня 2006 г. на ИСЗ Ресурс-ДК1 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва Система антисовпадений Сцинтилляционные экраны Исключение из анализа событий вне апертуры пробора Исключение взаимодействующих в контейнере событий

Слайд 3

Выделение событий, для которых можно измерить жёсткость и скорость: Не более 1го срабатывания в верхних счетчиках ВПС Отсутствие сигнала в верхних счетчиках АС Идентифицирована только 1 траектория в трекере Траектория не касается магнита Базовый отбор Вероятность неправильного измерения направления <10-9 Обратное направление Прямое направление 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва Определение направления прилёта частиц ? > 0

Слайд 4

Причина: рассеяния на стенке магнита или в одной из внутренних плоскостей трекера Критерии отбора: 1. Координата пересечения верхнего счетчика ВПС траектории, восстановленной по трекеру, соответствует измеренной при помощи самого счетчика. 2. Трек, восстановленный по трекеру, проходит через стрипы калориметра с ненулевым энерговыделением События с неправильно измеренной жесткостью 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 5

Причина: ?-частицы или ядерные взаимодействия во внутренних плоскостях трекера Критерии отбора: 1. Число стрипов в кластерах, ассоциированном с треком (кластер – группа соседних сработавших стрипов) < 10 2. Общее число кластеров, не ассоциированных с треком < 4. 3. Измеренная жёсткость R < MDR/3 (MDR~ 1 ТВ). События с неправильно измеренной жесткостью 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва Первичная частица ?- частица

Слайд 6

Вероятность имитации протонов ядрами гелия менее 10-7?-8 Вероятность имитации гелия протонами менее 10-6 Распределение средних ионизационных потерь в трекере в зависимости от измеренной жёсткости после предыдущий отборов Абсолютная величина заряда 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 7

Выделение дейтронов на фоне протонов Ионизационные потери дейтронов в исследуемом диапазоне энергий систематически выше протонов. Алгоритм разделения частиц основан на многократных измерениях этой величины различными детекторами. 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва Построение границ p-d на основе моделирования:

Слайд 8

Оценённый фон протонов вычтен из окончательной выборки Оценка вклада протонов в дейтроны Массовое распределение отобранных событий. 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 9

Идея: пусть имеется набор переменных (называемых предикторами), измеренных для различных, но заведомо известных классов. Если измерить значения предикторов вновь, можно определить, к какому классу относятся новые измерения. Выбор предикторов основан на различиях в топологии взаимодействия лептонов и адронов в калориметре: ширина и длина ливня, энерговыделения в различных его частях, максимальное энерговыделение в калориметре и т.д. + многократные измерения ионизационных потерь для R<2.0 ГВ Преимущество метода: может использоваться для обучения алгоритмов и определения параметров, необходимых для классификации на малой статистике. Многомерный анализ: классификация на основе теоремы Байеса 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 10

Два предикотра разделяются кривой в 2х мерном пространстве R=8 ГВ Пример: классификация с 2мя предикторами: Qtrack vs Qmax Красные точки - антипротоны; синие точки – электроны. 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 11

N предикторов разделяются (N+1)-гиперповерхностю Пример: классификация с 2мя предикторами: Qtrack vs Qmax vs R Зависимость от энергии добавляет дополнительную размерность 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 12

Верхний предел: истинная режекция лучше Фон ?-мезонов подавлен отбором по калориметру, верхними ограничениями на dE/dx в C12, C21, C22, ограничением числа синглетов (<5) & из отбором по массе. Режекция электронов 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 13

Идентификация рассеяний на малые углы основана на использовании нечёткой логики. Рассеяние на малые углы, приводящие к ошибке в знаке заряда

Слайд 14

Нижняя граница определена по данным Монте-Карло Алгоритм использован при выделении антипротонов и антидейтронов Подобные функции строятся для параметров А, В, С Рассеяние на малые углы, приводящие к ошибке в знаке заряда 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 15

Примеры отобранных антипротонов

Слайд 16

Измеренное отношение потоков антипротонов и протонов Измеренное отношение хорошо согласуется с моделью вторичного происхождения антипротонов в реакциях взаимодействия галактических космических лучей с межзвёздной средой 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва PAMELA Donato et. al 2009 Кинетическая энергия, ГэВ p?/p

Слайд 17

Верхний предел на поток антидейтронов Верхний предел на поток антидейтронов в современных экспериментах оказывается на несколько порядков выше теоретических предсказаний 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 18

Поиск антигелия наиболее целесообразен при высоких энергиях (>20-30 ГВ), т.к. при низких энергиях поток антиядер будет ослаблен при распространении от источника через Галактику и Солнечную систему из-за малой длины свободного пробега и большого сечения аннигиляции. Верхний предел на отношение потоков антигелия и гелия 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва

Слайд 19

Заключение Благодарю за внимание На основании данных, накопленных при проведении эксперимента PAMELA с июня 2006 г. до декабря 2009 г. получено: отношение потока антипротонов к потоку протонов, которое хорошо согласуется с моделями вторичного образования и распространения античастиц в Галактике; впервые проведены поиски антиядер дейтронов и гелия в потоках первичных космических лучей (при отсутствии остаточной атмосферы, в которой возможно их образование) и установлены верхние пределы на поток антидейтронов и на отношение потока антигелия к потоку гелия. 21-25 ноября 2011 г., ИТЭФ, Москва