L'algoritmoditrackingdiBorexinoèdivisoindueparti,unarelativaall'OD,
l'altra all'ID.
L'algoritmo dell'Outer Detector si basa sull'identi cazione del cono di
luce erenkov attorno alla traiettoria della particella da parte dei PMT.
La luce è identi cata inizialmente dai PMT vicino al punto di ingresso,
usualmente sulla SSS, e dopo un certo ritardo dai PMT vicino al punto
d'uscita, situato sempre sulla SSS o sul pavimento della WT,
dipenden-temente dall'inclinazione della traccia. Si ricorda che un muone cosmico
di elevata energia è altamente relativistico: la luce erenkov propaga
nel-l'acqua ad una velocità di 0,75c, quindi il muone è sempre seguito dal suo
cono diluce, prodotto ad un angolo ssato pari a 41
◦
. Il pro lo temporale
degli hits deiPMTè circolare(oellittico)attornoal punto diingresso,con
distanza temporale sempre maggioreallontanandosi daesso. Il numero dei
fotoni registrati invece diminuisce al diminuire della distanza dal punto di
ingresso. In guraè mostratoquesto meccanismo:
Figura 2.12: Trackingdell'OD:lagrandezza delpuntoindicail numerodifotoniregistratidaiPMT,
mentreilcoloreindicailtempodiarrivo(daviolaarosso). [7]
L'algoritmo di tracking dell'Inner Detector è invece basato da
interpo-lazionisuccessiveatteadistinguereitempid'arrivodeifotoniprodottidalle
varie tracce: il punto d'ingresso nell'ID è calcolato eettuando un t sulla
distribuzione temporale del primo PMT colpito. Inoltre, la luce generata
dagli eventi nell'ID è composta da una sovrapposizione di luce di
scintil-lazione e diluce erenkov: laprima è dominanteperla ricostruzionedella
traccia nell'IV, mentre la seconda è relativa alla zona di buer. La traccia
globale dell'ID avrà lamedesima direzione e verso per l'IV eperil buer.
Figura2.13: Geometriadide nizionedeltrackingdeimuoni.[7]
Combinando le informazioni di tracking dell'OD e dell'ID può essere
de nita una traccia globale che rappresenta la miglior approssimazione
del percorso realmente fatto dalla particella. La traccia tridimensionale
è espressa dalla parametrizzazione:
laqualepuòessereseparataindueproiezionisuipiani
xy
exz
. Iquattropuntiche identi canolatraiettoria,l'enterpoint(EP)dell'OD,l'EPdell'ID,
l'exit point (XP) dell'ID e l'XP dell'OD sono indicati in gura 2.14, con le
loroincertezze; il trappresentala traccia globaledella particella.
Figura 2.14: Ricostruzione delpunto diingressoediuscita dellaparticella edella traccia globalein
Borexino. [7]
2.4.1 I muoni CNGS
CNGS,acronimodiCernNeutrinostoGranSasso,èunesperimento
costru-ito incollaborazionetrail CERN e iLNGS; esso consiste nella produzione
diunfasciocollimatodineutrinimuoniciadaltaintensitàed energiamedia
di 18 GeV che, dal CERN, viene puntato verso i Laboratori Nazionali del
Gran Sasso, situati a 730 km di distanza, attraverso la crosta terrestre. I
neutrini, attraversando la roccia del Gran Sasso attorno alleHall dei
Lab-oratori, producono muoni che Borexino è in grado di rivelare. Borexino
l'esperimento collegato al CNGS. Questi eventi sono da eliminare dai dati
di Borexino perchè rappresentano parte del fondo sulle misure; allo stesso
tempo però, essi rappresentano un potente strumento per la calibrazione
di Borexino, inquanto provenienti da una ben ssata direzione. In tabella
sono indicate lecaratteristiche delfasciopassanteperla HallC deiLNGS,
in cui è situatol'esperimento [7]:
Caratteristica Dato
Energia media neutrini 18GeV
Energiamedia muoni prodotti 10GeV
Rapporto produzione muoni 1(0,3% diproduzione maggiore)
Angolo allozenith 93,2
◦
Angolo all'orizzonte 3,2
◦
Angolo azimuthale(risp. HallB) 0,18
◦
PerlasincronizzazionetrailCERNeiLNGS,ilsistemaèbasatosulGPS
(GlobalPositionSystem): inBorexino,ilfascioCNGSpuòessereetichettato
come tale grazie alla comparazionedel tempo del GPS di ogni trigger con
il database del CERN. In gura è mostrata la distribuzione del tempo di
volo: si nota chiaramente un picco in corrispondenza di 2,4 ms, il valore
atteso relativo alla distanza tra il CERN e il Gran Sasso, di larghezza di
circa 10
µ
s, corrispondente al tempo di estrazione delle informazioni. Gli eventi nella nestra temporale tra i 2,4 e i 2,416 ms sono etichettati comeCNGS.
Figura 2.15: Pro lodeltempodivolodel fascioCNGS. Nella gura asinistra sipuò notarel'elevato
numero dieventi in coincidenza temporale a circa 2,4 ms; nella gura a destra èrappresentato un
ingrandimentodelpiccocheevidenzialalalarghezzatemporaledelfascioda2,402msa2,416ms.[7]
Il fascio CNGS viene acceso soltanto alcuni mesi all'anno, nel
perio-di accensione hanno subito alcune modi che, riportate in tabella. Questi
dati saranno determinanti nell'analisiper cercare, riconoscere ed eliminare
imuonidovutialleinterazionideineutrinidelCERN. Laseconda elaterza
colonna indicano leintensità delfascio in partenza al CERN e in arrivo in
Borexino, espresse in unità p.o.t. (protons ontarget)[7].
Anno CERN (
·10 19
)p.o.t. Borexino (·10 19
) p.o.t. Periodo difascioPerunostudiocompleto del ussodimuoniinBorexinoènecessario tenere
in conto anche le possibili interazioni dei muoni che attraversano il
rive-latore. La conseguenza principale di queste interazioni è la produzione di
neutroni, che avviene in quattro diversi modi:
•
Cattura muonica: se il muone ha energia particolarmente bassa può essere catturato da un atomo, creando uno stato eccitato di atomomuonico,emettendounneutronesecondolarelazione
µ − +A(Z, N) → ν µ + A(Z − 1, N + 1)
.•
Interazione elettromagnetica: quando il muone passa nella materia vengono prodotti fotoni reali per bremsstrahlung e elettroniperpro-duzionedicoppia,dandoluogoasciamielettromagneticicheinducono
produzione di neutroni nelle interazioni coi nuclei. La sezione d'urto
vacome
Z 2
;tipicamenteilcontributodiquestoprocessoèpiccolo,ma diventapiù sostenuto in materialicon Zalto.•
Spallazione: questo processo consiste nello scambio di un fotone vir-tuale tra muone e un nucleo, con conseguente emissione di neutroni.È uno degli ultimi fenomeniscoperti permuoni ad alte energie.
•
Scattering quasielastico: in un urto quasielastico tra un muone e un nucleo può venire emesso un neutrone.Alorovolta,specialmenteinmaterialidensi,ineutronipossonoprodurre
neutroni secondari il cuicontributoaumenta agrande profondità: infatti,i