62ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 3. Física - 5. Física das Partículas Elementares e Campos

TÉCNICAS DE DETECÇÃO E ANÁLISE DE DADOS EM FÍSICA DAS PARTÍCULAS ELEMENTARES

Eliene Bezerra Simão da Silva 1 Carley Pedro de Oliveira Martins 1 Helio Nogima 1

1. Instituto de Física - UERJ

INTRODUÇÃO:

Está em desenvolvimento no Laboratório de Física Nuclear e Partículas (LFNP) um novo arranjo experimental para a medida de fluxo e de vida média de múons cósmicos chamado Muon Stop Decay (MSD). A montagem em desenvolvimento busca corrigir algumas deficiências observadas na primeira versão deste experimento. No presente trabalho, foram estudadas as características das fotomultiplicadoras (PMT's) que serão utilizadas no novo arranjo. Para esse estudo, foi construída uma caixa com um eixo central para fixação das mesmas, que devem ser posicionadas de modo que as janelas de entrada de luz estejam faceadas, podendo afastar-se em direções opostas ou lateralmente. Sua característica principal é a hermeticidade à luz externa. Utilizando um par de PMT's, e a atmosfera da caixa, foram realizados estudos preliminares de ruídos que geram crosstalk, ou seja, a correlação de sinal entre fotomultiplicadoras devido a eventos físicos de origem fora do escopo da física de interesse. Resultados destes estudos serão importantes para propostas experimentais futuras, onde as montagens experimentais envolvam fotomultiplicadoras trabalhando muito próximas umas das outras.

METODOLOGIA:

A motivação desse estudo parte da suposição de que múons cósmicos possam gerar sinais diretamente nas PMT's. Isto pode ocorrer, por exemplo, pela passagem do múon no invólucro de vidro da PMT, ocasionando geração de fótons Cherenkov nesse meio. Esses fótons podem eventualmente atingir o fotocátodo gerando o sinal. Em hipótese como essa, caso o múon atravesse duas PMT's, podem haver sinais correlacionados. Uma outra possibilidade, em configurações experimentais específicas, um múon atravessando uma das PMT's produz luz Cherenkov que pode atingir uma segunda PMT nas suas proximidades. Isto pode também gerar sinais correlacionados. Estas correlações, em geral, são indesejáveis e algum procedimento deve ser tomado, seja para evitá-las, ou ao menos quantificá-las de forma a subtrair seu efeito da medida. Por essa razão foi selecionado um conjunto de configurações geométricas entre duas PMT's de modo a medir e compreender a origem de possíveis crosstalks entre elas. As configurações incluem PMT's faceadas em posições horizontal, vertical, com material opaco entre elas e afastadas.

RESULTADOS:

A distribuição de contagens de coincidência, com as PMT's faceadas na vertical, diminuiu visivelmente quando colocada uma folha de material opaco entre elas, ficando explícita a troca de fótons entre as PMT's. No entanto, as contagens aleatórias previstas eram de quatro ordens de magnitude menores do que as obtidas, dando indícios de alguma outra fonte de correlação existente. Essas coincidências podem ter uma razão física sendo devidas a múons verticais atravessando ambas as fotomultiplicadoras. Analisando as distribuições de coincidências de outras configurações em termos de seus valores médios observamos uma forte dependência angular. Isto se justifica tendo em vista que o fluxo de múons cósmicos é proporcional ao quadrado do cosseno do ângulo zenital. Houve, também, claro indício de crosstalk observando os arranjos em que as PMT's estavam faceadas em posição horizontal, devido a redução das contagens no tempo ao colocarmos uma folha de material opaco entre elas.

CONCLUSÃO:

Foi observado, nos arranjos em que as PMT's eram posicionadas com janelas faceadas e sem absorvedores de luz, um significativo crosstalk indicando que o fluxo de fótons entre uma PMT e a outra é substancial. Além disso, foi evidenciada uma alta sensibilidade das PMT's à passagem de múons pelo seu invólucro. Em outros arranjos foi evidenciada a dependência angular do fluxo de múons cósmicos. Em arranjos geométricos com as PMT's posicionadas horizontalmente, também foram observadas coincidências não compatíveis com eventos aleatórios. Porém, a origem dessas correlações necessitam de estudos mais detalhados e com estatística mais significativa para uma melhor compreensão dos resultados.

Instituição de Fomento: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq

Palavras-chave: Muon Stop Decay (MSD), crosstalk, fotomultiplicadora (PMT).