Сентябрьский выпуск 2021

Информация о материале
Категория: Бюллетень "Глобальная нейтринная сеть"

Новости экспериментов

 

ANTARES и Baikal-GVD

Эксперименты продолжают набирать данные. Всё идет, как запланировано...

 

KM3NeT

Установки ARCA и ORCA, по шесть гирлянд каждая, уверенно набирают данные. Первые результаты измерений параметров осцилляций, проведенных ORCA, были представлены на Международной конференции по космическим лучам ICRC (https://pos.sissa.it/395/1123/pdf).  Предпочтение отдается наличию осцилляций на уровне достоверности 5,9 ?, а не их отсутствию. Полученный контур чувствительности изображен на рисунке.

 

 img 9

 

В сентябре в ходе работ на морском участке ARCA были установлены лишь два новых регистрирующих блока (гирлянды) вместо запланированных пяти. Причины неудачи уже проанализированы, и команда надеется в 2022 году развернуть около 20 гирлянд. Вот что написал Симоне Бьяджи (Simone Biagi) о проведении работ в море:

Десятого сентября 2021 года судно Handin Tide покинуло залив близ города Валетта на Мальте с пятью только что собранными регистрирующими блоками для телескопа KM3NeT/ARCA на борту. Пять регистрирующих блоков, собранных в Казерте и Катании, должны были быть установлены в Средиземном море, в 80 км от побережья сицилийского мыса Пассеро, на глубине 3500 м.

После четырех дней напряженной работы удалось установить только два регистрирующих блока: они были успешно подключены к соединительной коробке (была уже смонтирована на дне). Третий регистрирующий блок был развернут и полностью протестирован. Но из-за неисправности разъема соединительной коробки он не мог быть подключен к системе набора данных. В двух остальных регистрирующих блоках были обнаружены небольшие дефекты, которые были благополучно устранены. Эти блоки будут установлены позже. Еще мы смогли поднять на борт один неисправный регистрирующий блок (установлен в мае 2016 года) и прототип регистрирующего блока (установлен в мае 2014 года).

На борту корабля Handin Tide компании FUGRO были Клаус Ляйзмюллер (Klaus Leismüller), Джорджио «Морской волк» Риккобене (Giorgio ‘Seadog’ Riccobene), Эдвард Берби (Edward Berbee) и Даниеле Виволо (Daniele Vivolo). Специалисты KM3NeT по системе питания, оптике и набору данных поддерживали команду корабля с берега, из Лаборатории Национального института ядерной физики (INFN) в Портопало. После монтажа и подключения каждого элемента сразу проводилось обширное функциональные тестирование. По завершении работ в море, началась калибровка детекторов и ввод в эксплуатацию системы набора данных. Мы в Европе уже не так сильно ограничены в передвижениях, поэтому нашим коллегам из Парижа и Амстердама удалось присоединиться к группе экспертов на берегу. Как здорово снова работать вместе после почти двух лет общения через видеоконференции!

Два только что подключенных регистрирующих блока вместе с шестью уже работающими набирают физические данные. Тем самым, общее количество регистрирующих блоков достигло восьми. Учитывая неблагоприятные погодные условия, в зимний период никаких работ по развертыванию детектора ARCA больше не планируется. Коллаборация рассчитывает организовать две крупные морские кампании в 2022 году и установить на площадке ARCA следующие 20 регистрирующих блоков.

Что касается детектора ORCA, то к концу года к работающим шести регистрирующим блокам будут добавлены еще семь. 

А вот фотографии, присланные командой ARCA:

 

 img 1Подготовка регистрирующего блока к установке

 

img 10Серия фотографий, демонстрирующая разматывание регистрирующего блока. Виден правый манипулятор телеуправляемого подводного аппарата, который запускает процесс размотки

 

img 3Тренога гидроакустического маяка. Момент касания дна

 

img 2После монтажа на борт подняты три пустых пусковых аппарата

 

img 5Специалисты KM3NeT и Лаборатории INFN в Портопало. Узнаете кого-нибудь за маской?

 

 

IceCube

Совещание коллаборации IceCube проходило в онлайн-формате с 21 по 23 сентября. Организатором виртуального собрания выступил Висконсинский университет в Мадисоне. Формат совещания был значительно изменен, чтобы не увеличивать и без того уже накопившуюся усталость от встреч через платформу Zoom. Были представлены только пленарные доклады. Вопросы, которые обычно обсуждались на параллельных сессиях, были перенесены для обсуждения на время регулярных совещаний, хотя некоторые темы всё же требуют специальных рабочих встреч, которые и будут организованы в течение следующих двух месяцев. Участников было много, столько, сколько было бы и на обычном совещании с личным присутствием. Следующее совещание коллаборации должно пройти в Брюсселе в мае 2022 года. Оно планируется офлайн, но, если будет необходимо, может быть проведено и онлайн.

Подготовка модернизации IceCube Upgrade (7 гирлянд, расположенных близко друг к другу) продолжается. В Японии уже изготовлены 185 оптических модулей типа D-Egg (См. мартовский бюллетень 2021 года. — Прим. перев.) и первые 6 модулей контроля типа mDOM (См. мартовский бюллетень 2021 года. — Прим. перев.). Буровые канаты и шланги уже доставлены и тестируются. Монтажные работы по модернизации сдвинулись на два года из-за пандемии и соответствующих ограничений на проведение работ на Южном полюсе: с сезона 2022/2023 года на сезон 2024/2025 года. Следует отметить, что это не означает, что график строительства детектора IceCube-Gen2 будет также изменен.

На фотографии внизу Лаборатория IceCube на Южном полюсе изнутри. Почти ничем не отличается от центра обработки данных какого-нибудь небольшого ускорительного эксперимента! Эта фотография взята из замечательного доклада зимовщиков сезона 2019/2020 Джона Хардина (John Hardin) и Юи Макино (Yuya Makino), представленного на совещании IceCube.

 

img 4

 

 

Публикации

Коллаборация IceCube направила статью «Search for multi-flare neutrino emissions in 10 years of IceCube data from a catalog of sources» в журнал Astrophysical Journal Letters (опубликована на 2109.05818.pdf).  Последний интегрированный по времени анализ каталога, состоящего из 110 кандидатов на источники нейтрино (см. 1910.08488.pdf ), обнаружил кумулятивный избыток нейтрино в данных IceCube, собранных с 6 апреля 2008 года по 19 июля 2018 года. Этот избыток, в Северном полушарии противоречащий фоновой гипотезе на уровне 3,3?, ассоциируется с четырьмя источниками: 1068, TXS 0506+056, PKS 1424+240 и GB6 J1542+6129. 

Настоящая статья представляет два исследования времязависимого излучения нейтрино. Они основаны на той же десятилетней выборке данных и том же каталоге: поиск в каталоге наиболее значимого, времязависимого точечного источника с учетом информации по углам, энергии и времени событий, а также совокупная проверка, основанная на биномиальной статистике в поиске кумулятивного времязависимого избытка нейтрино из подмножества источников.

 

img 7

Предварительная значимость вспышек для источников из каталога. Указаны названия для источников каталога с предварительной (pre-trial) значимостью мультивспышек ≥ 2

 

Биномиальный анализ определяет кумулятивный времязависимый избыток нейтрино в Северном полушарии на уровне 3?, который соотносится с четырьмя источниками: M87, TXS 0506+056, GB6 J1542+6129 и NGC 1068. М87 оказывается наиболее значимым источником с тремя сигналоподобными событиями во временном окне 2 минуты и с мягким спектром (γ = 3,95). Значимость М87 после проведенного анализа — 1,7?. Этот анализ также определяет хорошо известные вспышки в месте расположения TXS 0506+056, хотя значимость результатов ниже, чем та, которая была указана в статье Артсена и соавторов (Aartsen et al., Science, 361 (2018) 147), в основном из-за новой выборки данных, в которой представлена новая, отличающаяся от прошлой реконструкция по энергии.

 

В другой статье коллаборация IceCube представляет результаты исследования «Search for Relativistic Magnetic Monopoles with Eight Years of IceCube Data» (2109.13719.pdf) . Статья направлена в журнал Phys. Rev. Lett. В ее основе лежат данные IceCube, набранные за 2886 дней наблюдений и оптимизированные для скоростей монополей от 0,75 до 0,995 скоростей света без какого-либо явного ограничения на массу монополей. Это накладывает ограничения на поток релятивистских космических магнитных монополей до уровня ниже 2,0×10-19 см-2 с-1 ср-1 над большей частью заданной области скоростей. Отсюда возникает самый жесткий на сегодняшний день верхний предел на потоки магнитных монополей со скоростями от порога излучения Черенкова  до 0,995 скорости света. Этот результат позволяет  заполнить пробел между существующими пределами на космический поток нерелятивистских и (не показанных на рисунке) ультрарелятивистских магнитных монополей. См. рисунок ниже.

 

img 6

Верхний предел на космический поток релятивистских монополей с уровнем достоверности 90% в зависимости от относительной скорости частиц β = v/c, полученной в данном анализе в предположении нулевого фона (зеленая линия). Показаны также предыдущие результаты IceCube, ANTARES и Baikal-GVD. Пределы верны для монополей с заданной на детекторе β. Предел Паркера указан для сравнения.

 

Коллаборация KM3NeT направила статью «Implementation and first results of the KM3NeT real-time core-collapse supernova neutrino search» в журнал Eur. Phys. Journal (см. 2109.05890.pdf).   В своей статье 2102.05977.pdf (см. также февральский выпуск бюллетеня GNN Monthly этого года) коллаборация уже продемонстрировала, как установка KM3NeT определяет вспышку нейтрино с энергиями порядка МэВ от сверхновой. Метод состоит в нахождении достаточного количества цифровых оптических модулей (ЦОМ) с множеством сработавших малых фотоумножителей (ФЭУ) (в каждом ЦОМ — 31 шт.), превышающем определенное пороговое число (определяется по интенсивности счета фоновых событий от распадов 40К), и в наложении обрезаний на свет от высокоэнергетичных мюонов, который может легко привести к срабатыванию более пяти малых ФЭУ в ЦОМ. Ожидаемое количество событий (в данном случае это количество ЦОМ) в структурном блоке KM3NeT сильно уменьшается с повышением пороговой величины множества малых ФЭУ в ЦОМ. Из-за разницы в работе мюонных фильтров скорость счета фоновых событий при более высокой множественности в блоке ORCA будет ниже, чем в блоке ARCA. 

В данной статье описывается конвейер анализа для поиска сверхновой, реализуемый как система реального времени. Он работает с середины 2019 года. Триггер реального времени основан на выборке событий, описанной в статье 2102.05977.pdf . Представлены сохраненные низкоуровневые данные, которые могут использоваться в последующих исследованиях подтвержденных регистраций, а также методы для псевдоонлайнового астрономического анализа зарегистрированных «кривых света нейтрино». Непрерывная оценка значимости времязависимой регистрации событий объединенных сигналов ARCA и ORCA позволяет сгенерировать внутренние оповещения. Определены соответствующие уровни порогов ложного срабатывания для запуска псевдоонлайнового анализа и отправления оповещений во внешние сети. Установка KM3NeT входит в состав Системы раннего оповещения о вспышках сверхновых (SuperNova Early Warning System, SNEWS), являясь одним из детекторов с самым малым временем ожидания (около 20 с). При той конфигурации, в которой детектор работал до этого месяца (ARCA6 + ORCA6), горизонт ожидаемой значимой регистрации вспышки сверхновой будет около 10-15 кпк.

В настоящей конфигурации выделяются четыре класса оповещений о сверхновых:

  • internal: оповещения распространяются по внутренним каналам с целью контроля и с указанием количества ложных срабатываний системы в час;

  • snews-low: оповещения с количеством ложных срабатываний менее одного в день; отсылаются в SNEWS с целью тестирования и используются для внутреннего контрольного тестирования псевдоонлайнового анализа;

  • snews: оповещения с количеством ложных срабатываний менее одного в восемь дней; отсылается в SNEWS с целью оповещения;

  • high-Z: оповещения с количеством ложных срабатываний менее одного в год, предназначены для информирования общественности через сеть GCN (Gamma-ray Coordination Network).

На следующем рисунке показано максимальное расстояние до источника, для которого детектор ARCA6 + ORCA6 может сгенерировать оповещение при порогах ложного срабатывания, соответствующих вышеуказанным классам.

 

img 8

Максимальное расстояние до источника (голубая полоса), для которого детектор ARCA6 + ORCA6 сможет сгенерировать оповещение при разных порогах ложного срабатывания (указан также  дополнительный порог, соответствующий одному ложному срабатыванию в столетие).

 

 

Этот анализ также использовался для поиска нейтринного сигнала в двух  событиях-кандидатах на гравитационные волны, зарегистрированных коллаборацией LIGO−Virgo во время проведения сеанса О3. Не было обнаружено никаких нейтринных сигналов, что позволило установить ограничения на присутствие сверхновых с коллапсирующим ядром. Об этих результатах сообщалось в первых двух циркулярах сети GCN, изданных коллаборацией KM3NeT. Это первые результаты коллаборации KM3NeT в области многоканальной астрономии.