Advanced

Identication and Tracking of Charged Leptons in the ESSνSB Near Detector Using the Time Dependence of the Cherenkov Signal

Kjær Høier, Rasmus LU (2017) FYSK02 20162
Department of Physics
Particle Physics
Abstract
Abstract
The ESSSB (European Spallation Source Neutrino Super beam) is a
proposed long baseline neutrino oscillation experiment, intended to use the
same proton accelerator as the European Spallation Source. With the pro-
posed modications to the accelerator both ESSSB and the ESS would
achieve a beam power of 5 MW. This power, in conjunction with the dis-
covery of a large value of the mixing angle 13, makes a search for the CP
violating phase CP at the second oscillation maximum viable.
This thesis is partly a theoretical walk-through of the physics of neutrino
oscillations, and an examination of how the time information of events in
a water Cherenkov detector can be used for particle identication, energy
determination and... (More)
Abstract
The ESSSB (European Spallation Source Neutrino Super beam) is a
proposed long baseline neutrino oscillation experiment, intended to use the
same proton accelerator as the European Spallation Source. With the pro-
posed modications to the accelerator both ESSSB and the ESS would
achieve a beam power of 5 MW. This power, in conjunction with the dis-
covery of a large value of the mixing angle 13, makes a search for the CP
violating phase CP at the second oscillation maximum viable.
This thesis is partly a theoretical walk-through of the physics of neutrino
oscillations, and an examination of how the time information of events in
a water Cherenkov detector can be used for particle identication, energy
determination and tracking.
By examining simulated data it is found that the duration of an event
is related to particle flavor, and that the number of detected photons is re-
lated to the amount of kinetic energy above the Cherenkov threshold. Par-
ticle tracking was done in two dierent ways. One method used a constant
Cherenkov angle corresponding to a particle moving at v = c. This approach
led to correct vertex recognition for particles moving at near light speed,
but also to overestimations of track length. Furthermore, the track recon-
struction became worse for lower energies. The second method related the
change in radius of the Cherenkov ring per unit time to the Cherenkov an-
gle. This led to correct path reconstruction at higher energies and partially
successful reconstructions at lower energies. Finally, low energy problems
in the tracking methods are discussed and suggestions for improvements are
made. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Populärvetenskaplig sammanfattning
Teorier angående universums upprinnelse har upptagit mänskligheten i hela vår historia. Till exempel skapades världen i mötet mellan kylan från Nifelheim och värmen från Muspelheim I den nordiske mytologin, medans världen I de Abrahamiska religioner skapades av Gud under en vecka. Inom Fysiken försöker tusentals forskare att besvara ackurat den samma frågan angående universums skapelse, dock är metoden en helt annan.
Hittills är vår bästa teori, The Big Bang, att universum expanderade från en enkel punkt utan volym för 13.8 milliarder år sedan. Där har gjorts manga observationer, som stöttar denne teori, och vetenskapen försöker fortfarande att testa och utveckla den. Ett centralt problem är dock att... (More)
Populärvetenskaplig sammanfattning
Teorier angående universums upprinnelse har upptagit mänskligheten i hela vår historia. Till exempel skapades världen i mötet mellan kylan från Nifelheim och värmen från Muspelheim I den nordiske mytologin, medans världen I de Abrahamiska religioner skapades av Gud under en vecka. Inom Fysiken försöker tusentals forskare att besvara ackurat den samma frågan angående universums skapelse, dock är metoden en helt annan.
Hittills är vår bästa teori, The Big Bang, att universum expanderade från en enkel punkt utan volym för 13.8 milliarder år sedan. Där har gjorts manga observationer, som stöttar denne teori, och vetenskapen försöker fortfarande att testa och utveckla den. Ett centralt problem är dock att antimateria och materia inom denna modell antags att ha blivit skapat i ekvivalenta mängder, om än världen synes att vara dominerat av materie nu.
En av nödvändigheterna för att en likeväkt mellan materia och antimateria skal kunna ändras till materiedominans är at där finnas processer, som bryter den så kallade CP-symmetrin. Det är möjligt at sådana processer kan hittas genom att mäta hur neutriner ändrar karaktär når de färdas över stora avstånd. För att göra dessa mättningar behövs acceleratorer till at producera en neutrino stråle, samt detektorer till att mäta hur neutrinerna i strålen ändrar karaktär ved at mäta det ljus som produceras av de elektroner och myoner, som neutrinerna producerar i interaktioner med detektormediet.
Ett sådant experiment har blitt föreslagit att placeras i Lund, var resurser kan sparas genom att använda den proton accelerator, som redan är under konstruktion för ESS (The European Spallation Source). Projektet som kallas ESSnuSB har da möjlighet för att på et relativt billigt sätt skaffa ny information om hur universum fungerar.
Denna rapport undersöker hur de elektroner och myoner, som neutriner kan producera när de interagerar i en stor vatten detektor, kan identifieras genom att kolla på tidsberoendet av signalen i detektorn. För at göra detta studeras data från et tidigare simulationsstudie av en detektor för ESSnuSB experimentet. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Kjær Høier, Rasmus LU
supervisor
organization
course
FYSK02 20162
year
type
M2 - Bachelor Degree
subject
language
English
id
8902072
date added to LUP
2017-02-02 17:34:18
date last changed
2017-02-02 17:34:18
@misc{8902072,
  abstract     = {Abstract
The ESSSB (European Spallation Source Neutrino Super beam) is a
proposed long baseline neutrino oscillation experiment, intended to use the
same proton accelerator as the European Spallation Source. With the pro-
posed modications to the accelerator both ESSSB and the ESS would
achieve a beam power of 5 MW. This power, in conjunction with the dis-
covery of a large value of the mixing angle 13, makes a search for the CP
violating phase CP at the second oscillation maximum viable.
This thesis is partly a theoretical walk-through of the physics of neutrino
oscillations, and an examination of how the time information of events in
a water Cherenkov detector can be used for particle identication, energy
determination and tracking.
By examining simulated data it is found that the duration of an event
is related to particle flavor, and that the number of detected photons is re-
lated to the amount of kinetic energy above the Cherenkov threshold. Par-
ticle tracking was done in two dierent ways. One method used a constant
Cherenkov angle corresponding to a particle moving at v = c. This approach
led to correct vertex recognition for particles moving at near light speed,
but also to overestimations of track length. Furthermore, the track recon-
struction became worse for lower energies. The second method related the
change in radius of the Cherenkov ring per unit time to the Cherenkov an-
gle. This led to correct path reconstruction at higher energies and partially
successful reconstructions at lower energies. Finally, low energy problems
in the tracking methods are discussed and suggestions for improvements are
made.},
  author       = {Kjær Høier, Rasmus},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Identication and Tracking of Charged Leptons in the ESSνSB Near Detector Using the Time Dependence of the Cherenkov Signal},
  year         = {2017},
}