Looking for geo-neutrinos with Borexino
- - Romain Roncin on behalf of the Borexino Collaboration --
Laboratori Nazionali del Gran Sasso Applied Antineutrino Physics 2014 December 15, 2014
Looking for geo-neutrinos with Borexino -- Romain Roncin on behalf of - - PowerPoint PPT Presentation
Looking for geo-neutrinos with Borexino -- Romain Roncin on behalf of the Borexino Collaboration -- Laboratori Nazionali del Gran Sasso Applied Antineutrino Physics 2014 December 15, 2014 -- Anti- e in Borexino -- -- Borexino is currently
Laboratori Nazionali del Gran Sasso Applied Antineutrino Physics 2014 December 15, 2014
neutrinos (core-collapse supernovae?)
(sterile neutrino investigation)
Core-collapse supernovae Nuclear reactors Borexino Geo-neutrinos
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produced νe and anti-νe called geo-neutrinos
chemical, geochemical, geodynamical etc…) and do not agree between themselves
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calculations)
Pee = cos4 θ13 ✓ 1 − sin2(2θ12) sin2 ✓ 1.27 ∆m2
21(eV2)L(m)
E(MeV) ◆◆ + sin4 θ13
hPeei = cos4 θ13 ✓ 1 1 2 sin2(2θ12) ◆ + sin4 θ13 = 0.55 ± 0.03
Mixing angles and mass square differences are taken from
e- p νe e+ n e+ n
Prompt signal (positron):
e+ scintillation + annihilation Eprompt ≈ Eν – Tn – 0.8 MeV
Delayed signal (neutron):
n capture on H Edelayed ≈ 2.2 MeV Δt = 254.5 ± 1.8 μs
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(used for solar neutrino analyses) Fiducial volume (used for the geo- neutrino analysis)
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1 MeV ≈ 500 p.e.
window applied after an external muon
the 2 ms time window after the delayed signal
(between December 2007 and August 2012)
prompt delayed
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components (and the backgrounds)
neutrinos stand in the 4 first bins of the Qprompt spectrum Very low background (except for reactor background)!
295-300 (2013)
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components of 235U, 238U, 239Pu and 241Pu
reactors running during the period of interest
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Nreact =
R
X
r=1 M
X
m=1
ηm 4πL2
r
Prm × Z dE¯
νe 4
X
i=1
fi Ei φi(E¯
νe)σ(E¯ νe)Pee(E¯ νe, Lr)
Number of nuclear reactors considered Number of months considered Exposure in month m and includes detector efficiency Detector-reactor distance Effective thermal power of reactor r in month m Power fraction of component i Average energy released per fission of component i
rejected at 99.9989% C.L. (4.4 σ)
*1 TNU = 1 event detected over 1 year exposure of 1032 target protons at 100 % efficiency
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1σ expectation band Sreact = [83.2-97.3] TNU* 1σ expectation band Sgeo = [26.3-46.6] TNU* for different BSE geological models
Sgeo = 38.8 ± 12.0 TNU
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models describe both the crust and the mantle
1σ expectation band Sgeo = 38.8 ± 12.0 TNU from the Borexino fit analysis
Borexino results in agreement with BSE models
BSE Sgeo [TNU] Model
23.6 31.44 Javoy et al. (2010) (a) 26.6 35.24 Lyubetskaya & Korenaga (2007) (b) 28.4 37.94 McDonough & Sun (1995) (c) 28.4 37.94 Allegre et al. (1995) (d) 29.6 39.34 Palme & O’Neil (2004) (e) 33.3 44.24 Anderson (2007) (f) 35.1 46.64 Turcotte & Schubert (2002) (g)
where crust = local crust (LOC) + rest of the crust (ROC)
Ludhova and Zavatarelli (2013))
models is not yet possible, even when combining Borexino and KamLAND Sgeo (mantle) = 15.4 ± 12.3 TNU
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SU = 26.5 ± 19.5 TNU STh = 10.6 ± 12.7 TNU
with the chondritic value of 3.9
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① LSND and MiniBooNE ② Radiochemical solar experiments (GALLEX and SAGE) ③ Short baseline reactor experiments
HOW? Bringing a 100 kCi 144Ce-144Pr source (anti-νe emitter) below Borexino and looking for the L/E pattern WHEN? End of 2015
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prompt signal
Entries 2883 Mean 10.88 RMS 5.227 / ndf
2
χ 209.8 / 179 p0 0.29 ± 14.85
t (s) ∆ 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Entries / 100 ms 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Entries 2883 Mean 10.88 RMS 5.227 / ndf
2
χ 209.8 / 179 p0 0.29 ± 14.85
Data pol0 fit (p.e.)
prompt
Q 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Entries / 25 p.e. 20 40 60 80 100 120 140
Data
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after an internal muon
(p.e.)
prompt
Q 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Entries / 250 p.e. 5 10 15 20 25 He background --
8
Li-
9
MC
Entries 130 Mean 318.4 RMS 314.7 / ndf
2
χ 19.22 / 22 (ms) τ 47.8 ± 321.9 p0 0.164 ± 2.887
t (ms) ∆ 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Entries / 50 ms 5 10 15 20 25 30
Entries 130 Mean 318.4 RMS 314.7 / ndf
2
χ 19.22 / 22 (ms) τ 47.8 ± 321.9 p0 0.164 ± 2.887
He background --
8
Li-
9
expo fit
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