Icindekiler. o e/μ Ayrımı

Transkript

1 Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran 2016

2 Icindekiler Kozmik Işın nedir? Deney Düzeneği Muon Akı Ölçümü Yükseklik ve Doruk (Zenith) açıya bağlı akı değişiminin araştırılması Simülasyon Çalışması o e/μ Ayrımı Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

3 Kozmik Işın Nedir? Kozmik ışınlar dünya atmosferi dışından gelen yüksek enerjili parçacıklar olarak bilinmektedir. Kaynakları henüz bilinmemektedir ve yüksek enerji fiziğinde çeşitli deneylerle anlaşılmaya çalışılmaktadır İki Çeşit Kozmik ışın bulunmaktadır Birincil kozmik ışınlar (Dışardan dünya atmosferine giren orijinal parçacıklar) İkincil Kozmik ışınlar (Atmosfere giren nadir parçacıklar atmosfer ile etkileşerek parçacık sağanağı oluştururlar bunlara ikincil kozmik ışınlar denir.) Enerji Aralıkları 1GeV (10 9 ev) to 10 8 TeV (10 20 ev) Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

4 Birincil ve İkincil Kozmik Işınlar Birincil Kozmik ışınlar yüklü ve kararlı (ömürleri bir milyon yıldan uzun olabilir) parçacıklardan oluşur Evrenin herhangi bir yerinden astrofiziksel bir kaynaktan hızlandırılırlar En yaygın kozmik ışınlar protonlardır(~%87), He ~%12, %1 ağır çekirdekler:c, O, Fe vs, %2 elektronlar ve γ-ışınları, nötrinolar İkincil Kozmik Işınlar: Birincil kozmik ışınlar dünya atmosferine girdiklerinde atom ve moleküllerle (oksijen ve Nitrojen gibi) etkileşerek çağlayan şeklinde daha hafif parçacıklara bozunurlar, bunlar ikincil kozmik ışınlar olarak adlandırılır. Bunlar Müonlar, protonlar, alfa parçacıkları, piyonlar, elektronlar, nötronlar ve x-ışınlarıdır Deniz seviyesine ve hatta madenlere kadar ulaşan parçacıklar ise piyonların bozunmasından orataya çıkan müonlardır. Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

5 Kozmik Işın Gelişimi Birincil Kozmik Işınlar (örneğin Demir çekirdeği) İlk Etkileşme Pion Bozunması Pion-Çekirdek etkileşmesi p + m + + n m p - m - +n m (anti) İkinci Etkileşme Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

6 Kozmik Işınların ölçülme Teknikleri İlk Etkileşme genelde 10 km den daha yükseklerde oluşur Hava duşu oluşumu(parçacıklar üretiliyor fakat bir çoğunun enerjisi bitiyor veya bozunuyor) Teleskoplarla Cerenkov ışınının ölçülmesi Bazı parçacıklar Yeryüzüne ulaşır Flüoresans ışığı ölçümü (Fly s Eye deneyi) Kozmiklerin Pırıltıcılarla ölçümü Parçacıkların izlerinin sürüklenme odası veya geiger tupleri le ölçümü Düşük Enerjili müonların Parıltıcı veya iz dedektörlerri ile ölçümü Yüksek Enerjili müonların ölçümü Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

7 Kozmik Işınların enerji Spektrumu E Knee ~3x10 15 ev E ankle ~10 19 ev Kozmik Işın Akısı (Birim alana, birim katı açı ile birim zamanda gelen parçacık) Çok Yüksek Enerjili Kozmik Işınlar 31 Mayis - 3 Haziran 2016 Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi Energy(eV)/particle 7

8 Deneysel Ölçümler Gölgelenmiş bölge Kozmik ışınların direkt olarak ölçüm Spektrumunu göstermektedir K. Greisen, Phys. Rev. Lett. 16, 748 (1966). G.T. Zatsepin and V.A. Kuz min, Sov. Phys. JETP Lett. 4, 78 (1966). D. Allard et al., Astron. & Astrophys. 443, L29 (2005). M. Takeda et al. (The AGASA Collaboration), Astropart. Phys. 19, 447 (2003). R. Abbasi et al. (HiRes Collaboration), Phys. Rev. Lett. 100, (2008). J. Abraham et al. (Auger Collaboration), Phys. Rev. Lett. 101, (2008). 31 Mayis - 3 Haziran 2016 Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 8

9 Algıç Kurulumu Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

10 Gerekli Malzemeler Parıltıcılar (Sintilator) Işık ölçen Fotoçoğaltıcılar ve fotosensörler Fotoçoğaltıcılar için gerekli olacak Güç Kaynağı Fotoçoğaltıcılar dan Elde edilen sinyali artıran ve digitize eden elektronik bileşenler. Çoğaltıcılar (Amplifier) Analog to Digital Converter(ADC) Tetikleyici Bunları içine alan Okuma sistemleri (Readout system) Bilgisayar programları(c++, root vs.) Analiz sonuç Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

11 Marmara Üniversitesi Kozmik Işın Laboratuvarı Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

12 Parıltıcılar (Sintilatör) Kuraray SCSN-61 organik (12x12x1.5 cm 3 ) Doğru zaman bilgisi Spektrumun Mavi bölgesinde ışık oluşumu gerçekleşmektedir 430 nm ışık oluşumu Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

13 Fotoçoğaltıcılar Hamamatsu H düşük voltajlı Fotosensör Fotosensör ün özellikleri Düşük Voltaj (çalışma aralığı +2.8 den +5.5 V(max)) Yüksek Kazanc (high Gain, 2.0x10 6 ) Geniş dinamik alanı (wide dynamic range) Dalgaboyu aralığı 230 nm(kısa)-700 nm (uzun) Doruk dalga boyu 400 nm Yüksek-hız tepkisi Foto Katod: Süper bialkali (Yüksek hassasiyet) Cam pencere: Borosilikat cam Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

14 Dış a Okuma Sistemleri The Domino Ring Sampler chip version 4 (DRS4) Örnekleme hızı 5 GSPS a sahip olan 8 kanalı digitize edebilen anahtarlamalı kapasitör dizisinden oluşan bu yonga İsviçredeki Paul Scherrer Enstitüsünden Stefan Ritt ve Roberto Dinapoli tarafından geliştirilmiştir DRS4 Yongasının özellikleri: DRS4, 14-bit lik ADC(AD9245) ve FPGA (Xilinx Spartan 3) yongaları ile okuma sağlamaktadır. Çalışma voltajı:+5 V, tahtaya adapte edilmiş micro controller (Cypress CY2C68013A) ile USB portundan gücünü almaktadır. Veri akışı 20 MB/s 50 Ω terminated TTL compatible input is implemented (LEMO 00 connector) for trigger purposes. SMA girişli 4 Kanala sahip Herbir kanal kendi içinde tetikleme yapmak için yonga üzeri progranabilen seviyede discriminator ler kullanılmış 1 Mbit lik EEPROM, tahtanın seri numarası ve kalibrasyon bilgilerini saklamak için kullanılmış JTAG adaptörü FPGA yongasının firmware ini yenilemek için kullanılmış Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

15 e μ Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

16 DRS4 ile Verilerin Parıltıcılar(Scintillators) Görüntülenmesi DRS4 Verileri görüntülemek ve kaydetmek için kullanılan DRS4 ün Arayüzü Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

17 Kozmik ışınlar için 2. deney düzeneyi Bu düzenekte Yuksek voltaj PMT ler kullanıldı, Uygulanan Voltajlar, V aralığında Işık Yolu Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

18 Kozmik Işın Deney Düzeneğinin Genel Görünüşü Arduino DRS4 Mehtap Atakanın Yüksek Lisans Tezinden (Kafkas Univ. Kütüphanesi) Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

19 Veri toplama ve Analizi Kozmik ışınların oluşturduğu fotonlar Fotosensörler ile akıma cevrilerek DRS4 a gönderilir. Sinyaller DRS4 de işlendikten sonra bilgisayara gönderilerek txt veya bin dosyası olarak kaydedilmesi sağlanır. Bu dosyalar; Tarih, Zaman(ns) ve Voltaj(mV) bilgileri içerir. Elektronik gürültüden kurtulmak için Zero suppresion dediğimiz metod uygulanır yani belirli bir voltajın üzerindeki veriler kaydedilir. Her iki kanaldan(parıltıcıdan) alınan veriler kullanılarak zaman farkına bakılır. Yani kozmik ışınların Uçuş süresi (Time of Flight- ToF) hesaplanır. Uçuş süresinin ortalama değeri bulunarak(160 cm aralık için yaklaşık 5.2 ns) 2σ (% 95) lık bir sınırlama ile Kozmik ışın Akısı Hesaplanır. Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

20 Uçuş Süresi(ToF) 160 cm İçin 0 2 number of bin Parıltıcılar arasındaki mesafe160 cm Eşik Voltaj= 10 mv Her bir sinyal için 5 nokta alınarak linear fit uygulanır ve sinyalin zaman başlangıç noktası T1 ve T2 olarak alınır time(ns) σ=1.5 ns c / ndf 1.085e+04 / 5 Prob 0 Constant 3085 ± 2.7 Mean 4.97 ± 0.00 Sigma ± ucus_suresi T 1 T 2 ToF=T 2 -T 1 = 5.2 ns Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

21 Uçuş Süresi 60 cm için Iki Parıltıcı arasındaki mesafe 60 cm Esik Voltaji = 10 mv Uçuş süresi 2 ns T 1 T 2 ToF=T 2 -T 1 = 2 ns Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

22 Kozmik Akı Ölçümü Yükseklik (metre) 1760 Deniz Seviyesi Parıltıcılar arasındaki uzaklık (cm) Toplam zaman, Δt (sn) Parıltıcı yüzey alanı(cm 2 ) Kozmik Akı (cm -2 s -1 sr -1 ) Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

23 Kozmik Akısı nın 1760 m de Açısal Dağılımı Θ=0, 20, 45, 60, 70 Kozmik ışın Akısı Doruk açısıyle değişim göstermektedir. Yüksek Doruk Noktasında Kozmik Akı oranının düşük olduğu görülmektedir. Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

24 Algıç Simülasyonu Geant4 Üst Parıltıcı Kurşun 1.5 cm Alt Parıltıcı 200MeV Elektron ve Muonlar Kullanıldı Kırmızı Negatif yüklü parçacıklar Mavi Pozitif Yüklü Parçacıklar Yeşil Nötr Parçacıklar Depolanan Enerji Oran 1= Parilticialt / Parilticiust Depolanan Enerji Oran 2= Parilticiust / Parilticialt Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

25 Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi Geant4 ile e/µ Ayrımı Her bir parıltıcı için depolanan Enerji Kurşunlu Ortam Mavi Oran 2 için Kirmizi Oran 1 için Ortam Hava Ratio Ratio Kursunlu Ortam Ortam Hava Ratio Ratio 31 Mayis - 3 Haziran

26 Özet 1. Uçuş süresi ve akı ölçümleri laboratuvarımızda yapılmaktadır 2. Ölçtüğümüz Açısal akı değerleri dünya ortalamaları ile uyuşmaktadır yılında aldığımız Marmara üniversitesi Bapko projesi ile Dış a okuma sistemini geliştirerek daha maliyeti düşük bir sistem elde etmeyi planlıyoruz. 4. Kozmik Müonlar in ömürlerinin ölçümleri için eksiklerimizi tamamlayıp yeni ölçümler yapmayı planlamaktayız 5. e/μ ve farklı yönlerden gelen parçacıkların ayrımını yapmayı planlıyoruz 6. Bu sistemi Liselerde de kullanmak için daha da kompakt ve maliyeti düşük bir sistem yapmak için çalışmalarımız devam edecektir. Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

27 Ekstralar Kozmik Işın Algıç Geliştirme Projesinin Tarihi Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

28 Karlsruhe Institute of Technology(KIT) Kozmik isin test istasyonu Kozmik isin deney düzeneğinin cascade deneyi ile test edilmesi Soldan saga: Prof. Maurizio Iori (La Sapenza, University of Rome) Prof. Mithat KAYA(Marmara Univ. aslinda o zamanlar Kafkas Üniversitesindeydim) Prof. James Russ (Carnegie Mellon University, USA) Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

29 TAUWER Deneyinin ilk protiplerinden Picture of the Month September Frame installation of the first TAUWER project prototype on the Sphinx terrace by the Physics Dept. of the University of Rome La Sapienza, together with colleagues from the universities of Bolu and Kafkas Turkey. Data taking of large angle cosmic rays is expected to start in October. Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

30 Jungfraujoch İstasyonu (3600 m) Isvicre (Veri alimi, ) Up-going tracks Field of view Time of flight Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

31 Zaman Çözünürlüğü central region, -3ns to +3ns Sinyal Bolgesi, ±3ns tile C1 σ t =1.2 ns Zaman Cozunurlugu tile C2 Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran

32 2009 yılında Jungfraujoch istasyonundaki sonuçlar Ucus suresi olcumu=toff(t02-t01)=5.2 ns Sayma oranindan Flux Measurement From the count rate Reference:Ali Yilmaz (Bolu AIB University) in yuksek lisans Tezi x axis represents the charge deposited in tiles in mv Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi y axis represents number 31 Mayis of entries - 3 Haziran

33 Related Publicatons 1. SiPM application for a detector for UHE neutrinos tested at Sphinx station Iori, M.; Atakisi, I.O.; Chiodi, G.; Denizli, H.; Ferrarotto, F.; Kaya, M.; Yilmaz, A.; Recchia, L.; Russ Nucl.Instrum.Meth. A742: , Tests for a new concept of EAS detector for UHE neutrinos M. Iori, E. Arslan, H. Denizli, F. Ferrarotto, M. Kaya, A. Yilmaz and J. Russ 2013 J. Phys.: Conf. Ser Electron-muon identification by atmospheric shower in a new concept of an EAS detector. M. Iori, E.Arslan, H.Denizli, M.Kaya, A.Yilmaz, J.Russ Nucl. Instrum. Meth. A692: , Study of a detector array for upward tau air-showers. M. Iori, Antonio Sergi, Daniele Fargion, (Rome U.), M. Gallinaro, (Rockefeller U.), M. Kaya, (Kafkas U.). Feb pp. e-print : astro-ph/ Hizlandirici ve Algic Fizigi Calistayi 31 Mayis - 3 Haziran