Presentaci

1
Presentación de la memoria para la obtención del
título de doctora por la Universidad Complutense
de Madrid.

• Título de la memoria
• Estudio de las capacidades del detector RICH de
  AMS-02 mediante el análisis de los datos de un
  prototipo en un haz de iones.

Memoria presentada por Elisa Lanciotti
Madrid, 10 de febrero de 2006
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• Parte I motivación científica del experimento
  AMS y del RICH
• Introducción a los rayos cósmicos (RC)
• El experimento AMS objetivos científicos
• El detector Cherenkov (RICH) de AMS-02
• función del RICH en AMS
• descripción del detector
• software de simulación y reconstrucción

• Parte II validación del diseño del RICH con
  datos reales
• El prototipo del RICH
• La prueba en haz de iones ligeros
• Resultados en la medida de velocidad y carga
  eléctrica, estudios de aerogel de silicio, datos
  con fluoruro de sodio, datos con un prototipo del
  espejo reflector
• Validación de la simulación MC del RICH

• Parte III resultados esperados con el diseño de
  vuelo
• Los resultados en eficiencia y medida de ß y Z
• Elección del radiador
• Conclusiones

3
Los rayos cósmicos

• Primera observación de los rayos cósmicos (RC) en
  experimentos en globo por parte de Hess en 1912.
• Partículas de muy alta energía procedentes del
  espacio exterior. En gran mayoría núcleos
  completamente ionizados y una pequeña fracción de
  electrones.

Espectro de los RC

• El flujo ley de potencias FF0R-? (?2.7-3.)
• Intervalo de energía muy extenso de 108 a 1021
  eV?13 o.d.m.

En pasado Descubrimiento de nuevas partículas
tales como e, µ, p, K, K0, ?0, ? antes de la
llegada de los aceleradores.
Actualmente posibilidad de detección de
Partículas que forman la materia oscura
(super-simetría?) Partículas de antimateria de
origen primordial ?implicaciones con cosmologia,
fisica fundamental
alta actividad experimental en el campo de los RC
4
El experimento AMS

• Objetivos científicos
• Búsqueda de antimateria de origen primordial en
  el flujo de los RC (límite actual mejorado de 3
  o.d.m.)
• Búsqueda de los productos de aniquilación de
  materia oscura en varios canales (anti(p), e,
  rayos ?) como anomalías en el flujo esperado

Esto requiere conocer con muy buena precisión el
flujo esperado a través de medida de espectro y
composición de los RC en un amplio rango de
energía con muy alta estadística
Método usado

• Espectrómetro magnético diseñado para medir el
  flujo de los RC desde la Estación Espacial
  Internacional.
• Detección directa, libre del fondo causado por
  el atmósfera, alta estadística (3 años de toma de
  datos) ? medida del flujo con una precisión sin
  precedentes importante avance en el conocimiento
  de los RC

5
Medidas del flujo de los RC

• Origen y propagación de los RC
• Origen y aceleración en restos de SN
• Propagación a través de la galaxia
• Composición similar a la del sistema solar
  (origen estelar) núcleos secundarios generados
  en colisiones con ISM

Medidas clave 1-cociente secundarios/primarios
2-cociente de isótopos secundarios
mejor banco de prueba para los modelos de
propagación ?tasa de producción de RC,
distribución de las fuentes, parámetros de
difusión
1- secundarios/primarios B/C vs Ek/A
2- 10Be /9Be vs Ek/A 10Be lttgt 1.51x106 años ?
Medida precisa de la masa
? medida de tconf ?volumen de propagación
(discohalo) ?cantidad de material atravesado
AMS mejorará de manera significativa estas medidas
6
La primera misión AMS-01

• Detector formado por un imán permanente (BL2
  0.14 Tm2 ), un detector de trazas de Si, un ToF,
  detector Cherenkov.
• AMS-01 vuelo de prueba de 10 dias a bordo del
  trasbordador espacial DISCOVERY en 1998.
• Aceptancia 0.1-0.14 m2sr?100 millones de datos a
  todas las longitudes y en el intervalo de
  latitudes (-51.6o , 51.6o) a altitud de 380 km

Técnica de detección

• Campo magnético ? curvatura de la traza
• Tracker reconstruye la curvatura y mide la
  rigidez (Rp/Z)
• ToF medida de la velocidad
• ?Identificación de la partícula por medio de la
  medida independiente de momento y velocidad
• mRZ/?ß

7
Resultados de AMS-01
1- Limite a la cantidad anti(He)/Helt1.110-6 en
el intervalo 1-140 GV ? mejor limite hasta la
fecha
partícula Intervalo de energía
p 0.2-200 GeV
He 0.1-100 GeV/nucleón
e- 0.2-20 GeV
e 0.2-2 GeV
2- Flujo de p, He, e, e- con muy alta
estadística ? medidas más precisas del flujo de p
y He
3- Medida del flujo de partículas de bajo del
corte geomagnético que no pueden proceder del
espacio exterior ? partículas secundarias
generadas por interacción de los primarios con
las capas superiores de la atmósfera

• Publicaciones
• Search for Antihelium in CR (Phys. Lett. B461,
  1999)
• Protons in Near Earth Orbit (Phys. Lett. B472,
  2000)
• Leptons in Near Earth Orbit (Phys. Lett. B484,
  2000)

• Cosmic Protons (Phys. Lett. B490, 2000)
  
• Helium in Near Earth Orbit (Phys. Lett. B494,
  2000)

Verificación de la técnica y confirmación de las
potencialidades de AMS
8
El experimento AMS-02
Mayor rango energético, mayor aceptancia
geométrica y mejorada identificación de
partículas. Medida de rayos ?.

• imán superconductor (BL2 0.85 Tm2)

• detector de trazas de Si (momento, carga)

• sistema de tiempo de vuelo (TOF) (ß, dE/dx,
  trigger, carga)

• detector de radiación de transición (e/p)

• detector Cherenkov RICH (ß, carga)

2 m 7 Tons

• calorímetro electromagnético (energía, e/p)

• Estado actual todos los detectores en proceso
  de ensamblaje. Integración en el CERN en 2007

2 m
9
El imán superconductor

• Primer imán superconductor de gran tamaño en un
  experimento espacial desarrollado especialmente
  para AMS.
• Sistema criogénico que mantiene el imán a T 1.8
  K con 2500 l de helio superfluido.
• Diámetro interno 1 m ? Aceptancia geométrica 0.5
  m2sr
• Consta de 2 bobinas que generan un campo dipolar
  y 2 series de pequeñas bobinas de retorno?campo
  muy uniforme e intenso dentro del volumen del
  imán, caída muy rápida fuera de su volumen.
  Según los requisitos de la ISS.
• Poder de curvatura 0.86 Tm2

medida del momento extendida hasta 2 TeV
(protones)
10
El detector de trazas
Medida de momento y carga
Consta de 8 planos (6.5 m2) instrumentados con
sensores a doble cara de Si.
Resolución en la dirección de curvatura de la
traza 10 µm, y 30 µm en la dirección
ortogonal. MDR 2 TV (p). s(p)/p1.5 para E10
GeV/n. Medida de carga hasta Z20
El sistema de tiempo de vuelo (ToF)
Medida de ß y trigger para el experimento
Hodoscopio que consta de 4 planos (2 arriba y 2
abajo del imán) de barras de plásticos
centelladores equipados con 2 PMs en cada
extremo. Guías de luz especialmente diseñadas
para minimizar el ángulo entre PM y campo
magnético. Distancia entre planos superiores e
inferiores 1 m. Resolución temporal 130 ps ?
s(ß)3.5
11
El calorímetro electromagnético
Medida energía e y ? y dirección de llegada con
resolución de 1-2 grados
9 supercapas de Pb intercaladas con fibras
centelladoras. Cada supercapa 10 planos de Pb
Reconstrucción cascada con alta granularidad
Extender la separación leptón/hadrón hasta 1 TeV
con poder de rechazo de 10-4
El detector de radiación de transición (TRD)
Ulterior separación leptón/hadrón y conversión
de los fotones ? en par ee-
20 capas de módulos de straw tubes con gas (Xe y
CO2) y radiadores de fibra de polipropileno donde
se emite la radiación de transición
Separación leptón/hadrón en el intervalo 1.5-300
GeV con poder de rechazo de 102-103
12
El detector Cherenkov (RICH)

• Objetivos del RICH
• 1- medida adicional de la velocidad de partículas
  relativistas con alta precisión ? medida de la
  masa de isótopos ligeros con AMS
• 2- medida de Z mejora de la identificación de
  los elementos en un amplio rango de carga

• Técnica Ring Imaging Cherenkov, basada en la
  reconstrucción del imagen del suceso en el plano
  de detección y cálculo del ángulo de emisión de
  la luz Cherenkov.

Dados los parámetros del RICH ? s(ß) 1 (30
veces mejor del ToF) Factor determinante en el
cálculo de la masa s(m)/m (s(p)/p) ?
?2(s(ß)/ß) Muy buena precisión en la masa hasta
?3-4 ? separación de isótopos hasta Ek10 GeV/n

H 46 cm
13
El radiador
aerogel

• Mayor parte de la superficie del radiador
  aerogel de silicio n 1.05 ? umbral de emisión
  de luz Cherenkov 3 GeV/c para p
• Parte central fluoruro de sodio (NaF) n 1.332
  ? umbral emisión para p 1.1 GeV/c
• Ampliar el rango dinámico hacia bajas energías
• Aumentar aceptancia parte central detector

NaF
Aerogel ? único material con 1.0018 (gas) lt n
lt1.27 (liquido) Pero material poroso, frágil y
causa dispersión Rayleigh. Uso del aerogel en el
espacio ? necesidad de pruebas (_at_CIEMAT)
Medidas sistemáticas de transmitancia en
diferentes condiciones ciclos térmicos, vacío,
contaminantes, envejecimiento
Claridad cantidad que parametriza la dispersión
Rayleigh
Transmitancia ajustada con T A e Cl L / ?4
14
El plano de detección

• 680 PMs Hamamatsu R7600-M16-00 multiánodo (4x4
  canales). Compactos, alta ganancia (G106 para
  800 V). Amplio rango dinámico, buena resolución a
  1 sólo fotón? capacidad de contar fotones
• Respectivas guías de luz formadas por 16 toberas
  individuales, de material plástico

Presencia de campo magnético residual (hasta 300
G) gt apantallamiento magnético individual para
cada celda unidad (PMguiachip FE celda
unidad)
divisor de tensión
ADC
ASIC
Electrónica de front-end circuito integrado de
16 canales (un canal ? pixel del PM) que integra
y digitaliza la carga del ánodo. Digitalización
en 2 ganancias (x1 y x5) Control y procesado de
la señal y lectura tarjetas encargadas de
reducción de datos, lectura y almacenamiento datos
15
El espejo reflector
Objetivo del espejo del RICH reflejar los
fotones hacia el plano de detección para aumentar
la eficiencia de detección. Requisitos alta
reflectividad (Rgt85 a ?420 nm) y rugosidad
reducida ?comportamiento especular para no
deteriorar la resolución de los fotones
reflejados.
Consta de
Estructura en fibra de carbono revestimiento de
resina capa de Al Pulido recubrimiento con
material antioxidante
Medidas de laboratorio reflectividad () en
función de ? (medida sobre un prototipo)
16
Estado del RICH en febrero 2006

• Todos los materiales caracterizados
• Los componentes probados y cualificados para el
  espacio.
• El ensamblaje en ejecución en el CIEMAT.

Radiador caracterizado por medio de pruebas de
varios tipos en el CIEMAT El material de vuelo en
proceso de entrega.
Espejo depositado en el CIEMAT, preparado para
ensamblaje. Caracterizado con medidas de
laboratorio.
Plano de detección y electrónica Front-end
terminada la producción de los chips. PM
calibrados individualmente. Tarjetas de Lectura
modelo de vuelo en producción
Ensamblaje primera rejilla (estructura mecánica
de soporte celdas unidad) ensamblada. Test de
calificación (vibración, ciclos térmicos, )
tests funcionales planificados
17
Software de simulación y reconstrucción del RICH
partícula
Software integrado de AMS simulación y
reconstrucción de las partículas en el flujo de
RC y la respuesta de todos los sub-detectores de
AMS
Simulación autónoma del RICH resultados
totalmente compatibles, pero más rápida
1. Medida de la velocidad (ß) de la partícula La
velocidad se calcula a partir del ángulo
Cherenkov de los fotones emitidos en el
radiador cos(?) 1/ (n ?) 2. Medida de la
carga eléctrica (Z) de la partícula El numero
total de f.e. detectados es proporcional al
cuadrado de Z Nf.e. Z2 1/? (1 1/n2
?2)
18
Algoritmo de reconstrucción de la velocidad
Un suceso consta de un conjunto de N señales Qi,
(xi,yi)

• Algoritmo de ß identificar las señales debidas a
  fotones Cherenkov y calcular la mejor estimación
  de la ß del suceso
• El algoritmo consta de 3 partes
• Para cada señal detectada?3 valores de ß (ßs).
  Fotones de señal ruido (electrónico
  dispersión Rayleigh)
• Para cada señal se construyen agrupamientos de
  señales tales que ßi-ßjlt?g. Se elige el
  agrupamiento de señales más significativo.
• la ß del suceso valor medio de las ßs de las
  señales del grupo elegido ?distribución gaussiana

19
Algoritmo de ß resultados
s(ß) vs Z
Zgt1

• El número de señales detectadas aumenta con Z
  hasta un límite de saturación debido al tamaño
  finito del canal de detección.

Número de señales detectadas
sß(Z) A/Z ? B
La resolución mejora como 1/vN (? 1/Z)
Para los parámetros previstos para el RICH
(geometría del RICH, altura de expansión H46 cm,
granularidad del plano de detección d8.5 mm,
radiador con índice en intervalo 1.03-1.05) ?s(ß)
1 para Z1. El valor exacto depende en gran
parte del radiador empleado (índice de
refracción, dispersión Rayleigh y dispersión
superficial, grosor de la pieza).
Importancia de ajustar la simulación del radiador
sobre datos reales
20
Algoritmo de reconstrucción de la carga

• Número de f.e. producidos por una partícula de
  carga Z proporcional a Z2
• Nf.e. (Z) Z2 Nf.e.(Z1)

El algoritmo calcula el número de f.e. esperados
(Nesp) para una partícula equivalente ( misma ß
y mismos parámetros de la traza). Luego la Z se
calcula a partir del estimador
Donde Nfe num. total de f.e. detectados en el
anillo Cherenkov Nesp resultado del cálculo del
algoritmo
Nesp se calcula integrando la ecuación
diferencial
eff(r, u)
(?Previamente, se tiene que conocer ß)
II
I
I término del espectro Cherenkov. La variable x
se integra a lo largo del recorrido en el
radiador, ? entre 260 y 680 nm II término de
eficiencia geométrica ? todos los factores que
determinan la probabilidad de detección de un
fotón con esa trayectoria
21
Algoritmo de la carga (II)

• Aceptancia muy poco homogénea del RICH ? el
  cálculo de Nesp se tiene que hacer suceso por
  suceso.

Distribución del número de fotones efectivos a lo
largo del detector (aerogel de 2.5 cm de grosor,
n1.05
A salida del radiador. Pérdida por la difusión
Rayleigh
En el área activa del plano de detección.
Pérdidas en la parte central no instrumentada
Nesp a nivel de detección aplicando la
eficiencia de las guías de luz. ?Distribución
continua de 4 a 10 f.e.
A nivel de generación
Eficiencia de las guías en función del tipo de
tobera y de los ángulos ? y f muy fuerte
dependencia con la dirección del fotón
Finalmente Muy buena correlación entre Nfe y
Nesp.
22
Reconstrucción de la carga resultados
Distribución continua de la carga reconstruida
Confusión de carga diferencial en función de Nesp
elemento H (Z1) He (Z2) C (Z6) Al (Z13)
s(Z) (Nespgt4) 0.20 0.23 0.26 0.32
Conf. Carga integral (Nespgt7) 0.6 1.9 2.9 8.1
Nesp representa la aceptancia efectiva del RICH
para un suceso ? la c.c. sólo depende de Nesp
23
Parte II

• Estudio de las capacidades del RICH en la medida
  de ß y Z con datos reales, se ha construido un
  prototipo del detector.
• El prototipo en haz de iones ha permitido
• verificar las capacidades generales del RICH
• validar los algoritmos de reconstrucción con
  datos reales
• probar muchos componentes de la electrónica, los
  PMs, el espejo reflector y más componentes
  hardware
• medir varias muestras de aerogel y comparar sus
  prestaciones, con el fin de elegir el mejor para
  el RICH

• El prototipo del RICH
• Datos en un haz de iones
• Estudios de aerogel
• NaF
• Espejo

En esta sección
validación del diseño del RICH
24
El prototipo del RICH
El prototipo corresponde a 14 de los canales
totales del RICH, y consta de un plano de
detección, un radiador a distancia regulable del
plano de detección

• Plano de detección
• 96 PM Hamamatsu (los mismos del RICH)
• Guías de luz de forma piramidal formadas por 16
  (4x4) toberas, de lado 3.1 cm
• Radiador
• Varias muestras de aerogel de silicio de índice
  entre 1.03 y 1.05
• Una muestra de NaF

• Espejo
• Un prototipo correspondiente a un sector del
  espejo cónico
• Electrónica front-end mismo chip del diseño
  de vuelo. Tarjetas de lectura especialmente
  diseñadas.

25
Las pruebas en haz de iones
Área experimental H8 del acelerador CERN-SPS,
Octubre 2002 y 2003
En 2003 En el mismo haz prototipo de STD y ToF
de AMS02 Los datos del STD sincronizados con el
prototipo del RICH -gt selección externa de la
carga de la partícula y alineamiento de la
posición del RICH Trigger 2 plásticos
centelladores
Distancia de expansión ajustada para obtener
sucesos totalmente contenidos
Configuración ortogonal
Con ángulo
Con espejo
26
Datos analizados
Número total de sucesos 107, frecuencia de
trigger 100 Hz
El haz colisión de haz primario (In 158 GeV/n)
contra blanco de Pb. Selección haz secundario
por análisis magnético (Rp/Z const.) ? haz
secundario con A/Z fijo, y monocromático (0.15 lt
?p/p lt 1.5).
Dos tipos de haz
Composición He (65), luego B (3.5) C (3.5), N
(2.2) hasta Z30
Sección de haz R (GV) A/Z ß
1 mm2 316 2 1
1 cm2 276.5 7/4 1
radiador (sigla) n grosor (cm)
CIN103 1.03 3
MEC103 1.03 31.1
CIN105 1.05 2.5
Fluoruro de sodio (NaF) 1.33 0.474
Radiadores usados
Dos proveedores de aerogel Instituto de
Catálisis de Novosibirsk (CIN) Matsushita
Electric Works (MEC)
27
Selección de la muestra analizada
1- Corte preliminar en la traza ?lteffgt 40
2- Corte en el número de partículas detectadas
?lteffgt 80
3- Corte en la probabilidad Probkl ?lteffgt 99
ßRICH
Ajuste de la simulación MC sobre los datos
Proceso de ajuste de la simulación (geometría,
calibración y parámetros del radiador) ? MC
reproduce los datos con buena precisión (1)
28
Medida de la velocidad (ß)
Resolución en ß para Z2, H33.5 cm
radiador CIN103 MEC103 CIN105
s(ß) x103 0.4410.001 0.4800.001 0.4700.001
Resolución en ß en función de Z
Todos los radiadores cumplen los requisitos del
RICH con respecto a la resolución en ß
29
Producción de luz
La producción de luz se estima como en numero de
f.e. esperados para una partícula de ß1 y Z1
CIN103 MEC103 CIN105
10.40.2 11.0 0.2 14.70.2
Para incidencia normal

• En función del ángulo leve dependencia con el
  ángulo (2-4 ) , reproducida por el MC

El aerogel Novosibirsk 1.05 produce una cantidad
de luz significativamente mayor
30
Estudios de uniformidad del aerogel uniformidad
en la producción de luz
La uniformidad se estima a partir de la luz
producida por muestras de Z2
Uniformidad en la producción de luz
Loseta del Radiador
Gran escala (2-3 cm)
se comparan datos de barrido de la loseta
CIN103 0.50.1
MEC103 0.60.1
CIN105 tamaño de radiador no suff.
Pequeña escala (1 mm)
Sección del haz
Datos con haz extenso. La sección del haz mide
0.7x1.2 cm2 y se ha dividido en una rejilla
de lado 1 mm
CIN103 1.00.2
MEC103 1.40.4
CIN105 1.00.3
Todos los radiadores muestran una uniformidad a
nivel de 1-2
31
Uniformidad del índice de refracción
Dada la relación ?ß/ß?n/n
estimación directa de la uniformidad del índice a
partir del valor medio de la ß reconstruida
CIN103
Radiador ?nx103 Haz extenso
CIN103 0.060.04
MEC103 0.050.04
CIN105 0.060.04
La medida de ß a alto Z impone un limite superior
?nlt0.05x10-3
todos los radiadores muestran no uniformidades
despreciables del índice de refracción
32
Resolución en carga

• Muestras seleccionadas con ambos STD y
  centelladores para hacer la selección de carga
• Resolución en Z estimada con un ajuste a una
  gaussiana a la distribución de carga continua.
• Buen acuerdo entre datos y MC a bajo Z.
• Ligero empeoramiento de los datos a alto Z
  (consistente con un desconocimiento a nivel de
  1-2 en la producción de luz)

CIN1.03
MEC1.03
CIN1.05
La mejor prestación en la medida de la carga es
con el aerogel de Novosibirsk 1.05, debido a su
alta producción de luz
33
Datos con NaF

• Debido al alto índice de refracción (n 1.33)?
• Grandes ángulos de incidencia de los fotones
  respecto a las guías (62 grados)
• Distancia de expansión muy reducida H7.2 cm
  (para el diseño de vuelo H46 cm)

Para Z 2 s(ß )3.1e-3
s(ß ) en función de Z (STD y cent.)
Medida de ß
Resolución en ß reconstruida en datos reales y
simulados es compatible en todo el intervalo de Z
Los datos reconstruidos con NaF presentan una
resolución en ß compatible con lo esperado de la
simulación
34
Datos con NaF producción de luz
Cantidad de luz producida exceso significativo
de los datos respecto al MC
más fotones de lo esperado por la simulación
sufren X-talk Guías trabajando fuera de su rango
funcional (62o)
Diseño de vuelo
Datos del prototipo
Simulación de la respuesta de las guías
verificada hasta inclinación de 30o con datos
con aerogel. Para ángulos mayores (30-60o)
estudio con datos con NaF y ángulo gradual
desacuerdo respecto a la simulación
datos con aerogel ánguloslt35o
Medida en el CIEMAT con un aparato especialmente
diseñado
35
Datos con espejo

• Un prototipo del espejo incorporado al aparato
  experimental ? sucesos con parte del anillo
  reflejado
• Gran variedad de configuraciones realizadas
• índice de refracción (1.03, 1.05)
• ángulo entre el detector y la línea del haz
  (0,5,15 y 20 grados)
• Distancia de expansión (42.3 - 38. cm etc)
• Distancia entre espejo y matriz de los PM

Dos ejemplos de imagen en el plano de detección
Reflectividad del espejo probada en una área
extensa y para un amplio intervalo de ángulos de
incidencia de los fotones
36
Reflectividad del espejo
run rad H (cm) T(deg)
575 CIN105 42.6 15
580 MEC105 39 20
581 MEC105 39 15
586 MEC103 42.3 10
587 MEC103 42.3 20
La reflectividad se calcula imponiendo que el
valor medio de la carga reconstruida en la parte
directa y en la parte reflejada del anillo sean
iguales
espejo final recubrimiento de SiO2 ?
reflectividad media a nivel de 85
La reflectividad estimada con los datos del
prototipo está de acuerdo con la medida directa
de laboratorio
37
Medida de ß y Z con el espejo
Medida de ß
Z2 Rad. CIN105

• La resolución en la ß por señal muy similar para
  fotones directos y reflejados. Un ligero
  deterioro ( 4) no degrada la resolución final,
  vista la proporción de señales reflejadas

Medida de Z
Z2 Rad. CIN105
Espectro de Z en datos con 13 de fotones
reflejados
Buena separación de los picos de carga en todo el
intervalo de Z alcanzado
Medida de ß y Z compatible con la simulación MC,
donde el espejo es una superficie reflectante
perfectamente especular
38
Conclusiones de la prueba en haz de iones

• Resultados obtenidos en la prueba en haz con el
  prototipo
• Aerogel
• todos los radiadores (CIN103, CIN105 y MEC103)
  cumplen los requisitos del AMS-RICH en cuanto a
  la medida de velocidad y carga
• estudios de uniformidad
• uniformidad del Aerogel en la cantidad de luz
  producida estimada a nivel de 1-2
• uniformidad en índice de refracción ?n
  lt0.05x10-3
• NaF
• La resolución en ß muestra buen acuerdo con lo
  esperado de la simulación
• La eficiencia de detección todavía en estudio
  (debido al gran ángulo de incidencia de los
  fotones en las guías de luz)
• Espejo
• La medida de ß y Z concuerda con lo esperado de
  la simulación MC
• Medida la reflectividad del espejo resultados de
  acuerdo con la medida directa de laboratorio

validación del diseño sobre la base de datos
reales
39
Parte III

• Resultados para el diseño del vuelo
• usando la simulación del RICH validada con los
  datos del prototipo ? prestaciones del RICH en
  AMS02.
• Comparación de resultados de la simulación con 2
  aerogeles n 1.05 vs n 1.03 por
• Eficiencia de reconstrucción
• Medida de la velocidad, y separación en masa
• Medida de la carga eléctrica
• resultados de pruebas de laboratorio _at_CIEMAT
• Elección del radiador
• Conclusiones generales de este trabajo
• capacidades previstas para el RICH en AMS

40
Muestras generadas

• Software autónomo del RICH. Configuración con
  radiador mixto
• Naf Aerogel (agl n1.03 3 cm y agl n1.05 2.5
  cm)
• H46.3 cm, radio superior espejo 60 cm, inferior
  66.8 cm
• 680 PMs, G125 cuentas por f.e., s/Q60.

• Partículas H, He, Be. Para cada partícula 2
  tipos de muestras
• puntos fijos de energía 10 puntos de energía
  entre 1.5 y 200 GeV-nucleón. 20x103 sucesos por
  punto.
• distribución de energía según la observada en los
  RC. Parámetros de órbita de AMS tenidos en
  cuenta.
• Dirección de llegada generada uniformemente en la
  aceptancia del imán de AMS.

Eficiencia de reconstrucción
Eficiencia de reconstrucción porcentaje de
sucesos que pasan por el área del radiador
cubierta de aerogel, y que se reconstruyen con al
menos 3 señales y más de 1 f.e. esperado
Eficiencia Egt10 GeV/nucleón
Par n1.05 n1.03
H 0.80 0.66
He 0.95 0.91
Be 0.95 0.92
41
Resolución en velocidad
Distribución de ß reconstruida para H, He y Be a
E200 GeV/n.
s(ß) vs Ek/nucleón el agl 1.03 da mejor
resultados en todo el rango de energía. El agl
n1.05 tiene un umbral de emisión más bajo.
s(ß)x103 para Egt20 GeV/nucleón
Par n1.05 n1.03
H 1.28 0.99
He 0.74 0.62
Be 0.48 0.40
Cómo se traducen estos resultados en términos de
resolución en masa?
42
Resolución en masa
Masa reconstruida para los isótopos del Be, con
aerogel n1.05 (resolución del tracker tenida en
cuenta)
A altas energías determinación de la masa en
AMS gracias a la medida de ß del RICH. n1.03 vs
1.05 Ambos dan una medida de ß con precisión
satisfactoria. El agl n1.03 aventaja ligeramente
el de 1.05 ?rango dinámico mas extenso de 1GeV/n
Ek/n (GeV/n) a la que s(m)0.35 uma
Par n1.05 n1.03
H 10.5 11
He 9 10
Be 7 8
43
Separación de isótopos
Medida precisa de la masa ? capacidad de
separación de isótopos
Experimentos precedentes Emax 2 GeV/n (ISOMAX)
Muestras con distribución continua de energía
Tiempo equivalente Isótopos y número de sucesos
1 día 4He 1.68Mev. 3He 0.34Mev.
1 año 9Be 0.70Mev. 10Be 0.15Mev.
Rango energético alcanzado para la separación de
isótopos n1.03 ?11 GeV/n y n1.05 ?10 GeV/n
10Be/9Be directamente relacionada con
parámetros de los modelos de propagación ( ?
tconf )
44
Medida de la carga eléctrica
s(Z) vs Ek/A para He y Be estimada aplicando un
ajuste a una gaussiana a la distribución continua
de carga reconstruida
La resolución en carga depende esencialmente de
la cantidad de luz detectada ? el aerogel n1.05
mejores resultados en todo el rango de energía
debido a la mayor producción de luz
Egt10 GeV/n
elemento s(Z) (en unidades de carga) Confusión de carga
He 0.29 0.25 9.1 6.0
Be 0.30 0.27 10.8 7.5
Resultados para Aerogel n1.03 Aerogel n1.05
Contribución a la medida de secundarios/primarios

45
Elección del radiador
Novosibirsk material hidrofilico. Losetas del grosor deseado
Matsushita hidrofóbico. Losetas de grosor 1 cm ? necesidad de apilar

• Medidas de laboratorio de transmitancia,
  envejecimiento, resistencia mecánica, ciclos
  térmicos y al vacío ?ambos válidos
• Resultados de la prueba en haz ? CIN103, CIN105,
  MEC103 válidos

n 1.03 vs n 1.05
Eficiencia de detección ventaja del n1.05 para Z1, debido a mayor producción de luz Resolución en ß ligera ventaja de n1.03 ? rango energético (de 1 GeV/n) más extenso para la separación de isótopos Resolución en Z mejor prestación del n1.05, debido a mayor producción de luz ?Resultados con n 1.03, 1.05?prestaciones de física similares Importancia de tener un alta cantidad de fotones Cherenkov buena eficiencia de detección para Z1, aun en caso de parcial pérdida de eficiencia durante la misión de 3 años en el espacio ? n1.05
Aerogel de Novosibirsk n1.05
el RICH cumple los requisitos detector diseñado
para operar en el espacio, s(ß) de 1, buena
precisión en Z, alta eficiencia de detección
durante toda la misión.
46
Conclusiones

• Objetivos de este trabajo estudiar las
  capacidades del RICH de AMS02 en la medida de la
  ß y Z de los rayos cósmicos
• Uso de herramientas software (para la simulación
  del detector en el espacio) y de datos reales
  tomados con el prototipo del RICH
• El prototipo del RICH ha demostrado la viabilidad
  del proyecto
• y sus datos han validado la simulación MC del
  RICH

un detector RICH apto a funcionar en la ISS
(estrés mecánico, cambios de temperatura, vacío,
imposibilidad de mantenimiento) Capaz de medir
la velocidad de partículas cargadas en un amplio
intervalo de momento, con alta precisión, alta
eficiencia, gran aceptancia geométrica. Capacidad
de contar fotones ? medida de la carga eléctrica.
Contribución fundamental a la medida de la masa
de los RC en AMS ? separación de isótopos y
medida del tiempo tconf y otros parámetros
necesarios para modelizar con precisión el flujo
de los RC