ŞEYMA ATİK YILMAZ & HALUK DENİZLİ, KAAN Y. OYULMAZ, UMUT KESKİN, ALİ YILMAZ

Transkript

1 CORSIKA BENZETİM PROGRAMI KULLANILARAK ÇOK YÜKSEK ENERJİLİ YUKARI YÖNLÜ TAU NÖTRİNO SAĞANAKLARININ ÇALIŞILMASI by & HALUK DENİZLİ, KAAN Y. OYULMAZ, UMUT KESKİN, ALİ YILMAZ Bu çalışma 114F138 nolu TÜBİTAK 1001 projesinin bir ürünüdür. 1

2 İçerik Amaç Giriş TAUWER projesi nedir? CORSIKA benzetim programı Kısa sürede üretilen datanın analiz kodu ile yeniden üretilmesi Parçacık yoğunluğu dağılımları Dağılımlara farklı bir bakış Sonuçlar Prof. Maurizio Iori tarafından 2

3 Çalışmanın Amacı Çok Yüksek Enerjili Tau Nötrinoların benzetim ile elde edilmiş duşlarının analizi CORSIKA çıktıları kullanılarak kısa zamanda üretilen benzetimlerin analiz edilerek (ağırlık kadarınca üretilmiş) dağ eğimindeki parçacıkların elde edilmesi Parçacık yoğunluklarının 1.Enerjiye göre 2.Bozunum mesafesine göre duş merkezinden dağılımlarını gözlemlemek Parçacık dağılımlarını eğimli düzlemde algıçlar üzerinde gözlemlemek 3

4 ÇYE Kozmik Işınlar Kozmik ışınlar 1912 yılında Victor F. Hess tarafından keşfedilir, Robert A. Millikan tarafından ismi verilir Kozmik ışınlar; temel parçacıklar, çekirdekler, ve uzay kaynaklı elektromanyetik radyasyon Atom çekirdekleri, uzayda çok yüksek hızlarda hareket ederler Çok Yüksek Enerjili Kozmik Işınların (ÇYEKI) enerjileri >1018 ev ÇYEKI'ların kaynağı; Supernova kalıntıları, Aktif Galaktik Çekirdekler veya Gama Işını Patlamaları olabilir Resim Pierre Auger Observatory Web sitesi 4

5 Yer Kabuğu İle Etkileşerek Oluşan Yukarı Yönlü Geniş Hava Duşları Astroparçacık Fiziğinde en ilgi çekici konuların birkaçı ÇYEKI'ların kaynağını anlamak ve 1020 ev enerjilere kadar duşları gözlemlemek ÇYE nötrinolar dünya yüzeyi ile etkişerek yatay duşlar oluşturur Nötrinolar yerkabuğu içinde hareket ederek yüzeye çıkmaya yakın bir noktada yük- akım etkileşimine girerler Bu etkileşimler sonucunda yukarı yönlü Geniş Hava Duşları (EAS) oluşur Yandaki şekil üç aşamada incelenebilir; bir tau nötrino γτ Dünya yüzeyine girerek ilerler, sonra yük-akım etkileşimine girerek yüzeyden çıkarken bir τ üretir, τ ilerleyişine devam ederek epey enerji kaybeder ve sonunda τ yüzeye çıkar ve bozunarak atmosferde bir hava duşunu oluşturur. Bozunum modu İkincil parçacıklar Oluşum yüzdesi Sağanaklar 5

6 TAUWER projesi (The TAU-neutrino multitower Detector Experiment) James RussUniversity Carnegie Mellon Maurizio Iori Roma La Sapienza University Meson ailesinin en ağır üyesinin keşfi, quarklı (cc) parçacık keşfi, 2002 TAUWER projesinin sözcüsü TAUWER projesinin sözcüsü TAUWER esas amacı; çok yüksek enerjili (~EeV) taunötrinoların Dünya ile etkileşiminden doğan parçacık duşlarının Eart Skimming Stratejisi ile gözlemlemek Yüzey detektörleri dağılımı eğimli (300)bir dağın yamacına kurulması planlanmaktadır Her detektör arasında 30 m mesafe ve detektörü oluşturan SFÇ arası 1.6m Duşun geliş yönüne bakmaları planlanmaktadır Geniş bir zenith açıyı ölçmeye uygun konumlanacaklardır Parçacıkların zaman bilgileri kullanılarak duşun yeniden yapılandırılması planlanmaktadır 6

7 CORSIKA Benzetim Programı Monte Carlo yazılımdan geliştirilmiştir, Kozmik Işınlar, duşlar benzetimi yapar, Duş gelişimi ve özellikleri çalışılır, 1020eV'a kadar atomların, hadronların, muon, elektron ve fotonların atmosferde bozunmalarını üretir, İkincil parçacıkları çeşitlendirir ve enerji, konum, yön, varış zamanı bilgilerini ekler. 2. Kısa sürede üretilen benzetimler 1. Uzun sürede üretilen benzetimler Tüm parçacıklar yazılır E0>1016 ev ise hesaplama süresi çook uzun Tüm parçacıkların ayrı ayrı zaman bilgisi vardır E0>1018 ev civarında hesaplama süresi ayı bulur. Aynı daldaki benzer parçacıklara toplam sayıları kadar bir ağırlık verir Tek bir parçacık olarak yazılır Bu tek parçacığın tek bir zaman bilgisi vardır Datanın oluşumunda zamandan kazanılır Bu şekilde ürettiğimiz çıktılar çok daha az süre harcanarak elde edilir 7

8 Datanın analiz kodu ile yeniden üretilmesi Bozunum modu: πππ Enerji: 108 GeV Parçacık sayısı:44146 Bozunum mesafesi: 10km Duş ve dağ açısı: θ = 2.27, α=30 Gözlem seviyesi: 2250m x koordinatı: 9000m (eğimli gözlemleme düzleminin referans noktası) z koordinatı: 1900m (eğimli gözlemleme düzleminin referans noktası) 8

9 Datanın analiz kodu ile yeniden üretilmesi 1. (z - za) = B(x - xa) (duş ekseni) D için pz'nin işaretine bakılır 2. (z zo) = A(x xo) (dağın eğimli yüzeyi) Eğer pz<0 ddd= tan-1 ( pz/px ) - (θrad ) 3. (z - zp) = D(x - xp) (momentum bilgisi ile yön ve P* noktası bulunur) 4. (z - zp) = B*(x - xp) (PF doğrusu, duş eksenine dik olan nokta) 5. (z - zg) = aa(x - xg) ( * bulmak için * ve G den geçen doğru) 6. (x - xg) = bb(y yg) (3 boyutta duşun yayılımı) Eğer pz>0 ddd= tan-1 ( pz/px )+(θrad -1.57) pz ve px z ve x'in momentumlarıdır D=tan(ddd) { ddd = ɣ } Eğer (pz<0) D=-tan(ddd) A = tan(α), α = 30, B = tan(θ) { θ=( θrad*180/3.14)-90 }, { θ=2.27, θrad=1.61 rad } B* = tan(90 - θ) { tan(1.57- θ*3.14/180) } 9

10 Thin datayı nasıl Unthin hale getirdik? Grf.1 Eğimli düzlem üzerindeki P noktasından geçen parçacıkların z koordinatına karşılık x koordinatı grafiği Grf.2 Eğimli düzlem üzerindeki P noktasından geçen parçacıkların z koordinatına karşılık y koordinatı grafiği 10

11 Thin datayı nasıl Unthin hale getirdik? Grf.3 Duş düzlemi üzerindeki P* noktasından geçen parçacıkların z koordinatına karşılık x koordinatı grafiği Grf.4 Eğimli düzlem üzerindeki P (siyah) ve P* (kırmızı) noktalarından geçen parçacıkların z koordinatına karşılık x koordinatı grafiği 11

12 Grf.5 Monte Carlo random üretici ile PF yarıçapının dağılımı Grf.6 G noktasındaki parçacıkların z'ye karşılık x dağılımı Grf.7 G noktasındaki parçacıkların z-y düzlemindeki dağılımları

13 Grf.9 G* noktasında (dağ düzlemi) Unthin edilmiş parçacıkların z-x dağılımı Grf.10 G* noktasında (dağ düzlemi) Unthin edilmiş parçacıkların z-y dağılımı Grf.11 Unthin edilmiş parçacıklar üzerine Thin parçacıkların dağılımı yerleştirilerek karşılaştırılması

14 Parçacık Yoğunluğu Dağılımları Şekil km bozunum mesafeli tüm duşların elektron ve pozitronlarının merkezden olan uzaklığa göre üst üste konulmuş logaritmik parçacık yoğunluğu Şekil km bozunum mesafeli tüm duşların muon ve antimuonlarının merkezden olan uzaklığa göre üst üste konulmuş logaritmik parçacık yoğunluğu dağılımı dağılımı 14

15 Parçacık Yoğunluğu Dağılımları Şekil GeV enerjili tüm duşların bozunum mesafesine göre elektron ve Şekil GeV enerjili tüm duşların bozunum mesafesine göre müon ve anti pozitronlarının merkezden olan uzaklığa göre üst üste konulmuş logaritmik müonların merkezden olan uzaklığa göre üst üste konulmuş logaritmik parçacık parçacık yoğunluğu dağılımı yoğunluğu dağılımı 15

16 Parçacık Yoğunluğu Dağılımları Şekil km bozunum mesafesindeki 6 enerji seviyesinin ortalama parçacık Şekil km bozunum mesafesindeki 6 enerji seviyesinin ortalama parçacık yoğunlukları ile elde edilmiş elektron-pozitron duş koru aralığı dağılımları yoğunlukları ile elde edilmiş müon - anti müon duş koru aralığı dağılımları 16

17 17

18 18

19 Teşekkürler! 19