Как понять дисплей событий Super-K
Здесь приведен пример “события” (взаимодействия) электроноподобного нейтрино в водном черенковском детекторе Super-K:
Детектор Супер-К выложен более чем 11 000 фотоумножителями (ФЭУ), каждый диаметром 50 см. Дисплей событий представляет собой карту массива ФЭУ внутреннего детектора, показывающую интенсивность света, зарегистрированного каждым ФЭУ в данном событии.
Представьте себе консервную банку, верхняя и нижняя крышки которой надрезаны и отогнуты назад, а бока разрезаны и разложены на плоскости: именно так представлено изображение событий. Каждая точка – это один ФЭУ, и ее цвет представляет собой относительное количество света, которое он собрал, в единицах количества электрического заряда, произведенного ФЭУ, в течение 1.3 микросекундного временного окна, в котором регистрировались отображаемые данные. На маленькой карте в правом верхнем углу представлена аналогичная карта внешнего детектора, который имеет всего около 1800 ФЭУ.
Если информация в верхнем левом углу указывает, что запуск “нормальный”, значит, идет сбор данных; иногда вы можете увидеть “калибровка” или “тест”, что означает, что физики работают над детектором или его электроникой для сбора данных.
В приведенном выше примере электрон, созданный электронным нейтрино, рассеивается в воде, создавая нечеткое кольцо черенковского света. Расположение и форма кольца говорят нам о направлении электрона. Направление электрона очень близко к направлению изначального нейтрино, которое его породило. (Если бы кольцо было более сфокусированным, событие было бы идентифицировано как “мюоноподобное”). Компьютерный алгоритм оценивает каждое событие как электроноподобное или мюоноподобное – некоторые события неоднозначны и могут быть потребовать проверки физиком.
«Событие» регистрируется каждый раз, когда в фотоумножителях наблюдается значительная активность в течение короткого промежутка времени. Все данные ФЭУ записываются для последующего анализа. Детектор Super-K оснащен сложной электроникой для получения данных без “мертвого времени” после регистрации события, что позволяет фиксировать быстрые последовательности событий. В офлайн режиме (спустя минуты или часы) компьютерные алгоритмы проверяют данные о событиях, чтобы определить, соответствует ли наблюдаемая картина света взаимодействию нейтрино.
Большинство зарегистрированных событий вызваны не нейтрино, а нисходящими мюонами, которые не были остановлены 1000-метровой толщей горной породы над детектором. Эти мюоны также представляют определенный интерес, поскольку они были созданы вместе с нейтрино в результате распада пионов и других короткоживущих субатомных частиц в верхних слоях атмосферы, и они позволяют нам постоянно проверять работу детектора.
Публичная версия дисплея событий в реальном времени показывает не все события, регистрируемые на Super-K, а только случайную выборку каждые несколько секунд. Физики, дежурящие на Super-K, могут переключаться на другую версию карты, которая показывает относительное время прихода световых сигналов. Кроме того, только несколько сотен из миллионов событий, регистрируемых на Super-K каждый год, будут вызваны нейтрино, пришедшими из J-PARC. Не существует способа немедленно идентифицировать нейтрино от ускорителя; данные должны быть тщательно проанализированы позже, чтобы определить, произошло ли конкретное событие в течение очень маленького временного окна, когда ускорительные нейтрино проходили через Super-K (окно в полмикросекунды, примерно раз в три секунды, когда работает ускоритель J-PARC).
