Les futurs grands détecteurs souterrains: MEMPHYS et LENA

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Charles Grondin
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1 Les futurs grands détecteurs souterrains: MEMPHYS et LENA Jaime Dawson pour le groupe «Neutrinos» Biennale APC La Palmyre, Octobre

2 Neutrinos aujourd hui: Double Chooz La chasse à l angle de mélange θ13 1

3 Double Chooz aujourd hui Remplissage : jeudi! Détecteur proche: bientôt Données: et après? Biennale APC, 12 Octbre 2010 J.Dawson Futurs grands détecteur souterrains 2

4 Les quescons qui restent ouvertes Big Bang => autant de matière que d anti-matière Or, notre Univers se compose pour la plupart de matière Théories d unification => demandent la mesure de la désintégration du proton La violation de la symétrie CP mesurée dans le secteur hadronique ne suffit pas => il faut un nouveau type => violation de CP leptonique 3

5 Les futurs grands détecteurs de ν permettront de chercher les réponses à ces questions fondamentales Physique des particules interface Astronomie Neutrino Désintégration du proton l angle de mélange θ 13 Violation de CP Neutrinos Atmosphériques Neutrinos de Supernovae Neutrinos diffus de SN Neutrinos solaires Annihilation de matière sombre Geo-neutrinos... 4

6 LENA: Liquid Scint. Large Apparatus for Grand Unification and Neutrino Astrophysics 28 institus, 10 pays 1,7 M de l UE MEMPHYS:Water ĊerenkovGLACIER: Liquid Argon 3 types de detecteurs possibles: = CERN 2300 Km Pyhhäsalmi = > 7 sites souterrains candidats: Boulby Fréjus Caso LSC Pyhäsalmi Sunlab IFIN-HH Boulby mine 1050 Km 130 Km 630 Km SUNLAB 950 Km CASO 659 Km Unirea Salt Mine 5

7 Après LAGUNA EUROnu: EU FP pays, 15 instituts potentiel de physique de différents faisceaux avec différents détecteurs Une suite de LAGUNA est en préparation avec plus d attention au volet faisceaux de neutrinos en collaboration avec le CERN 6

8 L opcon Cherenkov à eau: MEMPHYS 65m 65 80m 130 Km from CERN 4800 m.w.e. 440kt eau 3x80000 PMTs labo moteur: APC Détecteur optimal pour désintégration du proton p >e + π 0 oscillations des neutrinos avec un faisceau du CERN (beta beam ou super beam) neutrinos de SuperNovae whitepaper: hep ex/

9 LAGUNA études de faisabilité Biennale APC, 12 Octbre 2010 J.Dawson Futurs grands détecteur souterrains 8

10 SimulaCons de MEMPHYS Nikos Vassilopoulos postdoc EUROnu 9

11 Nous ne sommes pas les seuls U.S.A. : LBNE Japon : Fermilab to DUSEL (Hometsake) = 1300 km T2HK ou T2KK Tokai to Kamioka 550kT H2O Kamioka+Korea kT H2O Okinoshima 100kt LAr Cherenkov à eau kton Biennale APC, 12 Octbre 2010 J.Dawson Futurs grands détecteur souterrains 10

12 L opcon scincllateur liquide: LENA 50kt scintillateur PMTs Pyhhäsalmi Détecteur optimal pour désintégration du proton p >Kν neutrinos de SuperNovae neutrinos de très basse énergie: Geo neutrinos labo moteur: T.U.Munich Biennale APC, 12 Octbre 2010 whitepaper: in preparation J.Dawson Futurs grands détecteur souterrains 11

13 De l APC vers LENA Scintillateur liquide: comme dans Double Chooz et Borexino! R&D pour problèmes communs au grand détecteurs (voir plus tard) 12

14 Un «PICS» MEMPHYS LENA Projet International de Collaboration Scientifique (IN2P3/Allemagne) financement pour réunions et études communes Potentiel joint de physique: complémentarité/synergies (possibilité de solution mixte?) Simulations Développement de solutions de photodétection Développement de solutions d acquisition de données 50 80k PMTs! 50 80k canaux! Meetings: Avril 2010 APC Juillet 2010 TUM Octobre 2010 TUM workshop ASPERA 13

15 R&D en cours : MEMPHYNO BANC DE TEST pour solutions de photodétection et électronique pour détecteurs de GRANDE taille PMm2 Large number of light sensor: need grouped acquisition; - Common HV - Common readout - Common signal digitization Demonstrator: PARISROC 14

16 MEMPHYNO Dans le HALL DE MONTAGE: ~8t of water (+Gd?): 2x2x2m3 HDPE tank Thèse de Michela Maraﬁni Biennale APC, 12 Octbre 2010 Matrix of 16 PMTs and/or other photodetectors (e.g.: X-HPX) Muon hodoscope: 2+2 planes of OPERA scintillator bars 4 Pmt multi anodes (64 channels) J.Dawson Futurs grands détecteur souterrains 15

17 MEMPHYNO : les données PMT Spectra with the Acq. program! Hodoscope + PMTs data (July 2010)! La matrice de PMm2 sera bientôt transportée à l APC Biennale APC, 12 Octbre 2010 J.Dawson Futurs grands détecteur souterrains 16

18 Le futur des neutrinos a l APC Vers un grand détecteur souterrain, à l interface de physique des particules et astrophysique Notre «baseline»: Cherenkov à eau MEMPHYS mais USA et Japon sont très actifs aussi Option complémentaire: scintillateur liquide LENA Etudes jointes en cours: LAGUNA (et sa suite) PICS France Allemagne R&D en cours: MEMPHYNO = banc de test pour solutions de photodétection et acquisition des données MEMPHYNO est en train de prendre des données la matrice PMm2 sera bientôt transportée à l APC Un grand détecteur souterrain de neutrinos: quand? sans faisceaux ou avec les faisceaux existant du CERN: ~2015 avec nouveaux faisceaux: ~2020? nous sommes en train d explorer la possibilité de participer à d autres expériences qui seront en cours aux alentours de 2015, mais aucun engagement sérieux ne peut être pris dans l immédiat, avec notre forte implication dans Double Chooz 17

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