Поиск нейтринного излучения от коллапсирующих звезд с помощью детектора LVD тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

OUJto"--

На правах рукописи

Бояркин Вадим Владимирович

Поиск нейтринного излучения от коллапсирующих звезд с помощью детектора LVD

01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 2 OKI

003480308

На правах рукописи

Бояркин Вадим Владимирович

Поиск нейтринного излучения от коллапсирующих звезд с помощью детектора LVD

01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте ядерных исследований РАН, Москва

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН,

профессор О.Г. Рижская (ИЯИ РАН)

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук Э.В.Бугаев (ИЯИ РАН) Доктор физико-математических наук Д.К.Надёжин (ИТЭФ, Москва)

Ведущая организация: РНЦ «Курчатовский институт», Москва

1 ? 1 1 2009

Защита диссертации состоится « ' ' _2009 г.

часов на заседании диссертационного совета Д002.119.01 Учреждения Российской академии наук Института ядерных исследований РАН.

Адрес: 117312, г. Москва, проспект 60-летия Октября, д. 7а. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯИ РАН.

п 1 п 2009

Автореферат разослан « I У 1 _2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета ИЯИ РАН Кандидат физико-математических наук Б.А. Тулупов

1. Общая характеристика работы

Работа посвящена рассмотрению отклика детектора LVD на коллапс звезды, происходящий по сценарию вращающегося коллапсара. Особое внимание уделяется регистрации электронных нейтрино по их взаимодействию с железом в структуре установки LVD. Показано, что желез-но-сцинтилляционные калориметры способны эффективно регистрировать электронные нейтрино с энергиями выше ~20 МэВ по их взаимодействию с железом. Приведены результаты обработки данных детектора по поиску нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд, не сопровождающихся излучением электронных антинейтрино. Также в работе содержатся расчеты, показывающие, что введение в структуру LVD поваренной соли (NaCl) приводит как к увеличению эффективности регистрации, так и сепарации разных типов нейтрино при детектировании звёздных коллапсов.

1.1 Актуальность темы диссертации

В последние годы научный интерес к поиску нейтринных всплесков от коллапсов звездных ядер сильно возрос. Это обусловлено тем, что событие, зарегистрированное детектором LSD 23 февраля 1987 года от вспышки Сверхновой SN1987A, не нашло объяснения в рамках стандартной модели гравитационного коллапса звезды. Ответы на многие вопросы, связанные с этим событием, были даны после разработки модели вращающегося коллапсара. Однако эта модель не завершена, и астрофизические параметры взрыва Сверхновой не установлены достаточно точно. Поэтому очень важно иметь детекторы, чувствительные к разным типам нейтрино, что поможет лучше понять физику гравитационного коллапса звезд.

В течение 30 лет на различных детекторах ведутся поиски нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд. При ожидаемой частоте коллапсов в нашей Галактике порядка одного события раз в 30-

50 лет, событий-кандидатов на нейтринные всплески от гравитационных коллапсов не обнаружено.

Детектор большого объема (LVD), работающий в лаборатории Гран Сассо в Италии с 1992 г., - это многоцелевой детектор, содержащий ~ 1 кт жидкого сцинтиллятора. Главной его задачей является поиск нейтрино от гравитационных коллапсов звезд в нашей Галактике. LVD, как и предыдущие детекторы, способен регистрировать взаимодействие электронных антинейтрино с протонами сцинтиллятора. В эксперименте можно регистрировать нейтрино всех других типов по реакциям их взаимодействия на ядрах железа и углерода, входящих в детектор.

1.2 Цель диссертационной работы

Целью диссертации является:

• расчет отклика детектора LVD на гравитационный коллапс звезды, происходящий не по модели стандартного коллапса;

• определение чувствительности детектора и поиск событий-кандидатов на нейтринные всплески от гравитационных коллапсов звезд, не сопровождающихся излучением электронных антинейтрино.

1.3 Научная новизна

Проведены подробные расчеты отклика детектора LVD на гравитационный коллапс звезды с излучением электронных нейтрино с учетом реакции взаимодействия нейтрино с ядрами железа и углерода, входящих в состав установки.

Получено экспериментальное ограничение на частоту гравитационных коллапсов звёзд, не сопровождающихся излучением электронных антинейтрино.

Рассмотрено введение поваренной соли в состав установки LVD в качестве дополнительной мишени для улучшения разделения типов нейтрино.

1.4 Результаты, выносимые на защиту

1. Программа Монте-Карло моделирования установки LVD, включающая в себя полное описание детектора.

2. Расчет отклика детектора LVD на взаимодействие нейтрино с желе-

зом и углеродом по заряженным и нейтральным токам. Вывод, что железно-сцинтилляционные калориметры способны эффективно регистрировать электронные нейтрино с энергиями выше ~20 МэВ.

3. Критерии офф-лайн анализа данных эксперимента LVD, позволяющие идентифицировать нейтринные всплески от коллапсирующих звезд в отсутствие антинейтринного излучения. Экспериментальное ограничение на частоту нейтринных всплесков от коллапсирующих звезд для различных типов нейтрино (в отсутствие антинейтринного излучения): менее 1 события в 3,5 года на 90% уровне достоверности.

4. Вывод, что детектор LVD способен эффективно отделять события-кандидаты на всплески нейтринного излучения от гравитационных коллапсов звезд от фона.

5. Вывод, что введение поваренной соли в состав установки LVD улуч-

шит разделение типов нейтрино, регистрируемых при нейтринном всплеске от Сверхновой, и увеличит статистику.

1.5 Апробация работы и публикации

Основное содержание работы опубликовано в [1-6]. Результаты диссертации докладывались на российской конференции BKKJI (2006, 2008), международной школе ISAPP (2005), международной конференции ICRC (2009), на школах и семинарах ИЯИ РАН.

1.6 Личный вклад диссертанта

Автор разработал программу Монте-Карло моделирования установки LVD с помощью GEANT4, включающую в себя полное описание детектора. Им были проведены расчеты отклика детектора LVD на взаимодействие электронного нейтрино с железом и углеродом по нейтральным и заряженным токам при различных энергиях в диапазоне 105

70 МэВ. Им разработаны критерии офф-лайн анализа данных эксперимента LVD, позволяющие идентифицировать нейтринные всплески от коллапсирующих звезд в отсутствие антинейтринного излучения, обработаны экспериментальные данные за 10 лет работы установки, а также показано, что детектор LVD способен эффективно отделять события-кандидаты на всплески нейтринного излучения от гравитационных коллапсов звезд от фона. Также автором проведены расчеты отклика установки LVD при условии её модификации, заключающейся во включении в её состав поваренной соли.

1.7 Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. Её объем составляет 137 страниц, включая 39 рисунков и 9 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 92 наименования.

2. Краткое содержание диссертации

Во введении дана краткая историческая справка о развитии идей излучения нейтрино в ходе гравитационного коллапса звезды; обоснована актуальность рассматриваемой проблемы.

Глава 1 посвящена обзору литературы по вопросам регистрации нейтринного излучения от гравитационных коллапсов звезд. Согласно стандартной модели гравитационного коллапса, рассматривающей конечную стадию эволюции сферически симметричной, немагнитной, не вращающейся звезды, во время вспышки сверхновой излучаются нейтрино всех типов ve,vc,vii,vii,vx,vz с энергиями (10-20) МэВ. Энергия,

идущая в нейтринное излучение, составляет примерно 10% от массы центральной части сколлапсировавшей звезды и делится между шестью типами нейтрино приблизительно поровну. Ожидаемая длительность нейтринной вспышки составляет 5-20 сек.

Наиболее подходящей реакцией для поисковых экспериментов в рамках стандартной модели является реакция взаимодействия электронных антинейтрино с водородом

ve + р-+п + е\ (1)

поскольку она обладает максимальным сечением.

Теоретические методы оценки частоты галактических Сверхновых предсказывают одно событие в 30 - 70 лет; экспериментальное ограничение составляет менее одного события раз в 13 лет на уровне достоверности 90%.

Первые детекторы по поиску нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звёзд, были ориентированы на реализацию стандартного сценария и рассчитаны на регистрацию преимущественно электронных антинейтрино, ve. Основной эффект ожидался от реакции обратного бета-распада (1), энергетический порог которой составляет 1,8 МэВ. Нейтрон может быть зарегистрирован благодаря реакции

п + р d* d + у (2)

>

в результате которой рождается гамма-квант с энергией 2,2 МэВ (среднее время захвата нейтрона Тш ~ 170 - 200 мкс), который может быть измерен сцинтилляционными детекторами больших объемов, что помогает идентификации ve.

Другая реакция, типичная для существующих экспериментов, - это упругое рассеяние нейтрино на электроне:

^.г (KZ) + Ve,,,г (^Z) + ■ (3)

Несмотря на значительно меньшее сечение по сравнению с обратным бета-распадом, в черенковских детекторах эта реакция позволяет измерить направление прихода нейтрино.

Для жидкостных сцинтилляционных детекторов следует рассматривать и реакции нейтрино с углеродом 12С по нейтральным и заряженным токам:

l2C -> vw(Ve,„,r) + 12С * (4)

ve + llC->e+aN

у~е + [2С 12В + е

(6)

Исходя из модели стандартного коллапса, идея опыта по поиску нейтринного излучения от Сверхновых очень проста. Сцинтилляционный или черенковский детектор реагирует на позитроны, рожденные в реакции (1), и измеряет их энергию. Появление пачки импульсов с энергиями (10 - 20) МэВ во временном интервале (5 - 20) сек может быть связано с нейтринной вспышкой от гравитационного коллапса звезды.

23 февраля 1987 года была зарегистрирована вспышка сверхновой в Большом Магеллановом Облаке на расстоянии 50 кпс от Земли. Вся совокупность экспериментальных данных по регистрации нейтрино, полученных во время этой вспышки, предсказаниям модели стандартного коллапса не соответствовала.

Для решения проблемы о сбросе оболочки и непосредственной вспышки Сверхновой была сформулирована модель вращающегося коллапсара. Она предсказывает, как минимум, две нейтринные вспышки, разделенные интервалом в несколько часов. Первая состоит в основном из потока электронных нейтрино V, с энергиями (25 - 55) МэВ. Вторая содержит все шесть типов нейтрино с энергиями (10 - 20) МэВ.

Для регистрации нейтринного излучения, вообще говоря, можно использовать любую реакцию типа

Сечение реакций (7), (8) зависит от ядра и от энергии V,. Для регистрации электронных нейтрино с энергиями (20 - 50) МэВ наиболее подходящими являются тяжелые нейтроноизбыточные ядра.

Относительно большим сечением обладает углерод 12С, его можно использовать для поиска нейтринных осцилляций во время коллапсов звезд.

Особый интерес представляют реакции нейтрино с железом, основными из которых являются

(8)

(7)

ve + $6Fe->e~ + S6Co* ve +56 Fe -» ve'+56 Fe*

(9) (10)

Оценки эффекта регистрации нейтринного излучения (с учетом взаимодействий (9), (10)) в первой фазе коллапса вращающейся звезды позволяют сделать вывод о совпадении сигнала, зарегистрированного всеми нейтринными детекторами вследствие вспышки Сверхновой 1987А с расчетами, сделанными по модели вращающегося коллапсара.

Глава 2 содержит описание установки LVD, расположенной в итальянской подземной лаборатории Гран Сассо на глубине 3200 м.в.э. Детектор Большого Объема (Large Volume Detector, LVD) представляет собой массив из 840 сцинтилляционных счетчиков, объёмом 1,5 м3 каждый, находящихся в модульной структуре (Рис. 1). Общая масса сцин-тиллятора составляет ~1000 тонн.

Сцинтилляционные счетчики представляют собой контейнеры из нержавеющей стали размерами 100x150x100 см3, заполненные жидким сцинтиллятором, основу которого составляет уайт-спирит. Они размещены по 8 штук в несущих модулях. Модули (их размеры 6,6x2,7x1,1 м1), сгруппированные в 7 горизонтальных слоев, образуют колонны. 5 колонн, которые разделены проходами шириной 70 см, составляют башню (Рис. 1). Детектор LVD состоит из 3 таких башен, разделенных коридорами шириной 2 м. Счетчики подразделяются на внутренние и внешние: ни одна грань внутренних счетчиков не обращена непосредственно к скальной породе (57% от общего числа счетчиков), тогда как остальные 43% являются внешними. Общая масса железа, распределенного практически равномерно по объему LVD в модулях и контейнерах счетчика, составляет примерно 1000 тонн.

Установка LVD является сцинтилляционным детектором с железно-углеводородной мишенью общей массой 2 кт.

Объем счетчика просматривается тремя фотоумножителями ФЭУ-49Б или ФЭУ-125.

Рис. I. Схема установки LVD

Информация с каждого счетчика считывается независимо. Импульсы с каждого ФЭУ дискриминируются по двум порогам: верхнему, соответствующему энерговыделению в счетчике 5 МэВ (ВЭП), и нижнему ~0,6 МэВ (НЭП). Триггером для регистрации импульса является совпадение импульсов выше ВЭП с трех ФЭУ в интервале 250 не. Триггер открывает в счетчиках временные ворота длительностью 1 мс: в этот период возможна регистрация импульсов выше нижнего порога, что позволяет осуществить детектирование нейтронов по реакции (2).

Энергетическая калибровка линейных каналов ADC производится с помощью мюонов космических лучей, регистрируемых LVD. Ежемесячно автоматически осуществляется новая калибровка.

Ю

В Главе 3 содержатся описание и результаты расчета отклика детектора на коллапс звезды в центре нашей Галактики.

Результаты, полученные во время вспышки Сверхновой SN1987A на детекторе LSD, указывают на необходимость учета влияния реакции (9) в ожидаемый отклик установки на гравитационный коллапс звезды. С развитием модели вращающегося коллапсара возникла необходимость дополнительного расчета вклада в отклик детектора реакций (3)-(5) от электронных нейтрино с предсказываемыми энергиями порядка нескольких десятков МэВ. Расчеты регистрации взаимодействия нейтрино с веществом установки LVD интересны с точки зрения любой модели, предсказывающей какой-либо существенный поток нейтрино различных типов с подобными энергиями.

Отдельной задачей является рассмотрение возможности детектора LVD идентифицировать канал нейтринного взаимодействия и измерить энергию приходящих нейтрино.

Эффективность регистрации нейтринного взаимодействия была рассчитана методом Монте-Карло с использованием пакета GEANT4. В программу моделирования было заложено полное описание реальной геометрии установки LVD.

(ve,Fe) взаимодействия могут быть зарегистрированы детектором LVD следующим образом. При взаимодействии нейтрино с энергией EVt = 40 МэВ с ядрами железа в слое железа толщиной 2-3 см, расположенного между двумя слоями сцинтиллятора, в последний попадает больше у-квантов, чем электронов. Средняя энергия этих частиц - 7-9 МэВ. Энергетический спектр частиц, выходящих из железной пластины, показан на Рис. 2. Четко виден пик от гамма-линии кобальта 7,2 МэВ.

Определим эффективность как отношение числа событий, в которых существует счетчик с энерговыделением выше порога (5 МэВ), к общему числу разыгрываемых событий.

Рис. 2. Энергетический спектр продуктов реакции (9) при энергии нейтрино £„е = 40 МэВ, выходящих из железной пластины толщиной 2,8 см. Квадраты - электроны, кружки - позитроны, треугольники -гамма-кванты. Гистограммой показана общая энергия

Если предположить, что спектр нейтрино от вращающегося коллап-сара состоит из моноэнергетических нейтрино с энергиями от 20 до 60 МэВ, то число событий от реакции (9), регистрируемых детектором LVD, составит

N = пхп¥аФ = пх—Ь!-^хсгГсм —±х-- (Ц\

//[,г!моль] Е[эВ] 4тг(Я{см])2 ' v '

где М - полная масса железа в структуре LVD (п - концентрация атомов железа в одном см3, V - полный объем железа), р - молярная масса же-

леза, - число Авогадро, а - сечение взаимодействия реакции, Я - расстояние до Сверхновой, г"-полная энергия электронных нейтрино, испущенных во время коллапса, Е - энергия одного нейтрино. Если взять Д-10 кпс = 3,125x1022см и еу ~ 8.9х\&гэрг = 5.56х 10мэВ, мы получим значения, приведенные в Табл. 1.

Табл. 1

Ожидаемое число событий в установке ЬУО от реакции (9)

Энергия нейтрино, МэВ Сечение реакции (9), см2 Результаты для реакции нейтрино с железом

Число взаимодействий Эффективность регистрации, % Число событий, согласно (11).

20 3.75Х10"41 90 15 14

30 иОхЮ-40 290 32 93

40 4,14x10"40 500 46 230

50 7,43x10"40 720 58 416

Расчеты показывают, что эффективность регистрации акта взаимодействия нейтрино превышает 50% для нейтрино с энергиями выше 40 МэВ. Спектры энерговыделений в одном счетчике для различных энергий нейтрино приведены на Рис. 3.

Моделирование реакции (10) происходило аналогичным образом. В железе, окружающем счетчик, разыгрывалась точка рождения гамма-кванта с энергией 7,6 МэВ, распределение его скорости было изотропным. Эффективность регистрации этого гамма-кванта составляет 30%, энергетический спектр представлен на Рис. 4.

UL

I

!

U—t—1---—г----1 а-")— ...................... ••ГТГ--Т—т—Т--Ч

О 1ft 21) .40 40 5(1 АО

1

I^S

: 1 !

...........

О 1» 20 30 40 5(1 60

Рис. 3. Расчетный спектр энерговыделений, регистрируемых одним счетчиком LVD от реакции (9). Энергия нейтрино а) 30 МэВ, б) 40 МэВ. Ось X - энергия, регистрируемая счетчиком (МэВ), ось Y -число событий

Другой способ регистрации электронных нейтрино и антинейтрино от коллапсов в LVD - это реакции взаимодействия с ядрами углерода (4)-(6).

I2IMMI НИШИ »HUI Mlllll 4Ш10 2ШН1

II III 211 .VI 411 Я1 Ml

Рис. 4. Энергетический спектр событий от реакции (10). Ось X -энергия, регистрируемая счетчиком (МэВ), ось Y - число событий

Реакция (4) позволяет измерить полный нейтринный поток с энергией выше 15,1 МэВ в любой модели коллапса. Эффективность регистрации гамма-кванта, согласно расчетам с использованием GEANT4, составляет ~ 60%. Реакции (5) и (6) в стандартной модели коллапса дают существенно меньший вклад в отклик детектора, если не учитывать нейтринные осцилляции. Но в модели вращающегося коллапсара появляются электронные нейтрино с энергиями порядка нескольких десятков МэВ, что даст значения, приведенные в Табл. 2.

Табл. 2

Ожидаемое число событий в установке LVD от реакций (4), (5)

Реакция (4) Реакция (5)

Ev, МэВ Сечение, Ю-42 см2 Число взаимодействий Эффективность регистрации , % Число событий Сечение, 10"42 см2 Число взаимодействий Эффективность регистрации , % Число событий

20 0,302 3 2 0,287 3 0 0

30 2,74 20 И 5,03 38 95 36

40 7,26 41 60 22 15,1 85 95 81

50 13,1 68 40 29,2 132 96 127

60 19,5 74 43 45,2 171 97 166

i i i i.. ii.i > i i i ■ , , , ,

Подчеркнём важность кобальтового (!6Со) и железного (xFe) пиков при энергии ~7 МэВ: это является признаком регистрации взаимодействия именно нейтрино (9), (10). Имея статистику в несколько сотен событий от реакции (9), по их энергетическому спектру можно делать выводы и об энергии приходящих нейтрино: максимальная зарегистрированная энергия соответствует максимальной энергии электронных нейтрино с поправкой на разницу энергий связи исходного и конечного ядер (см. Рис. 3).

Реакция взаимодействия электронного нейтрино с углеродом (5) из-за высокого (17,3 МэВ), по сравнению с реакцией взаимодействия нейтрино с железом (9), порога менее пригодна для измерения энергии приходящих нейтрино при Еу < 40 * 50 МэВ.

Реакции по нейтральным токам на углероде (4) и железе (10) увеличивают число событий в отклике детектора на гравитационный коллапс, но не позволяют измерить энергию приходящих нейтрино. Однако при условии осцилляции ve —> v^ пик 7,6 МэВ и энергетическое распределение событий могут дать ответ на вопрос: какой тип нейтрино был зарегистрирован установкой? Для электронного нейтрино будет характерно распределение, близкое по форме к тому, что изображено на Рис. 3, а для мюонного энергетическое распределение событий будет похоже на то, что представлено на Рис. 4.

Таким образом, отклик детектора LVD на нейтринную вспышку в центре Галактики весьма чувствителен к энергии и типу нейтрино (и, следовательно, к модели коллапса звезды) и может достигать ~500-800 событий. К этой величине надо добавить -300 событий благодаря реакции обратного бета-распада (1), если реализуется стандартный сценарий звездного коллапса. Даже в случае, когда электронные нейтрино и антинейтрино рождаются при гравитационном коллапсе звезды одновременно, детектор LVD способен, используя энергетический спектр событий, зарегистрировать нейтринный пик в отклике, разделив таким образом типы приходящих нейтрино.

Данный результат следует трактовать как идею создания больших железно-сцинтилляционных калориметров, способных эффективно регистрировать не только антинейтрино от коллапса Сверхновых, но и электронные нейтрино, особенно в области низких энергий (£, £ 20

МэВ). Подобные детекторы следующего поколения должны быть способными зарегистрировать энерговыделения около 7 МэВ с максимально возможной триггерной эффективностью.

Для обоснованного выбора между существующими и будущими моделями гравитационных звездных коллапсов желательно также иметь возможность идентификации канала нейтринного взаимодействия и измерения энергии приходящих нейтрино.

В Главе 4 содержится анализ экспериментальных данных, полученных на LVD, по поиску нейтринных всплесков от гравитационных звездных коллапсов, не сопровождающихся излучением электронных антинейтрино.

Приведены особенности регистрации нейтринной вспышки в моделях стандартного коллапса и вращающегося коллапсара. Указаны основные источники фона.

В детекторе LVD разработан алгоритм определения нейтринных всплесков, работающий в режиме реального времени и ориентированный на стандартную модель гравитационного коллапса звезды. Основой поиска нейтринных всплесков является идентификация кластеров событий в фиксированных временных интервалах. Приведены критерии отбора сигналов и счетчиков, применяемые в этом анализе.

Алгоритм отбора кандидатов на нейтринные всплески в режиме реального времени основан на поиске кластеров, состоящих из т сигналов в течение временного окна фиксированной ширины, At. Каждый период наблюдения длительностью Т сканируется «скользящим окном» с At=20 сек, таким образом, он делится на JV = 2^/^-1 интервалов, причем каждый последующий начинается в середине предыдущего. Частота имитации события фоном, т.е. появления кластеров длительностью 20 с и множественностью > т, равна:

Fim(m,fbk,20 c) = N-f]P(k;20'fi>k/) событий-день \

Ыт ' С

где fbk - темп счета фоновых событий, P(k;_/«At) - пуассоновская вероятность получить кластер множественностью к за время At, если /«At -среднее число фоновых импульсов. Для известного темпа счета фоновых событий минимальная множественность кластера mmin соответствует выбранной частоте имитации Ftm, которая рассматривается как порог. Кластер будет рассматриваться как кандидат на нейтринный всплеск от Сверхновой, если его множественность т > .

Если выбрать какую-либо модель излучения и распространения нейтрино, становится возможным выразить чувствительность детектора в единицах физических параметров источника, таких как расстояние или нейтринный поток. Если мы зафиксируем расстояние до Сверхновой, скажем, 10 кпс, мы можем вывести чувствительность детектора как функцию минимальной интенсивности нейтрино в источнике.

С целью поиска разных типов нейтрино от гравитационных коллапсов были дополнительно проанализированы данные эксперимента более чем за 10 лет его работы и рассмотрены два порога по энерговыделению в счетчике:

1) порог по энерговыделению составлял 5 МэВ, что позволяет зарегистрировать не только нейтринный всплеск от гравитационного коллапса звезды, протекающего по стандартной модели (реакции (1), (2)), но и гамма-кванты от снятия возбуждения ядер кобальта в реакции (9) и железа - в (10). Это послужит признаком регистрации электронного нейтрино;

2) порог по энерговыделению составлял 10 МэВ, что позволит зарегистрировать гамма-кванты от снятия возбуждения ядра углерода в реакции (4). При отсутствии сигнала, удовлетворяющего условию 1), это служит признаком регистрации других типов нейтрино - мюонного и тау.

Были рассмотрены интервалы времени 3, 5,10 и 20 сек и определена вероятность PN получить N одиночных триггерных импульсов во временном интервале данной длины, если за его начало брать такой же одиночный триггерный импульс. Распределения количества одиночных триггерных импульсов для всего детектора LVD с энерговыделением, превышающим 5 МэВ, во временном окне 5 и 20 сек в сравнении с рас-

18

пределением Пуассона приведены на Рис. 5. Построено аналогичное распределение для триггерных импульсов с энерговыделением свыше 10 МэВ во временном окне 20 с. Выбор продолжительности временных интервалов определяется теоретическими предсказаниями о длительности нейтринного всплеска: 2,4 - 6 сек в модели вращающегося коллап-сара, 10-20 сек в модели стандартного коллапса.

Статистического превышения количества кластеров над фоном не зафиксировано, что позволяет впервые поставить экспериментальное ограничение на частоту коллапсов, не сопровождающихся всплеском излучения электронных антинейтрино: менее 1 события в 3,5 года на 90% уровне достоверности.

В связи с отсутствием событий-кандидатов дополнительно проверим способность эксперимента зарегистрировать нейтринный всплеск от гравитационного коллапса звезды в нашей Галактике. Для этого были построены распределения, за какое время внутренние счетчики каждой башни зарегистрируют Л^ = 5-5-30 триггерных импульсов с энерговыделением >5 МэВ (кластер множественности Л^). Среднее по такому распределению, существенно превышающее 20 сек, позволяет с уверенностью сказать, что нейтринная вспышка от Сверхновой в нашей Галактике, когда ожидается от нескольких десятков до нескольких сотен импульсов в течение ~20 сек, может быть надежно отделена от фона (Табл. 3). Отметим, что форма распределений всех трех башен одинакова, различия в средних значениях объясняются темпами счета.

Табл. 3

Среднее время, за которое башня зарегистрирует импульсов, сек. Указаны статистические ошибки

Среднее время, за которое башня зарегистрирует Л^ импульсов, сек

Т1 Т2 ТЗ

10 934±300 75±25 63±22

20 1868±435 150±38 125±33

30 2765±497 226±47 188±43

Рис. 5. Гистограмма - распределение количества триггерных импульсов с энерговыделением выше 5 МэВ установки LVD за период с 11.06.2007 г. по 02.06.2008 г. во временном окне 5 (вверху) с и 20 (внизу) с, если за его начало брать такой же триггерный импульс; кривая - фит распределением Пуассона

Отдельно изучались события, когда триггерный импульс не сопровождался в открывающихся временных воротах никаким сигналом выше НЭП - т.н. "триггеры без сопровождения". Эти события являются фоном для регистрации реакций (4), (10), когда рождается только одна частица. При регистрации взаимодействия (9) так же весьма вероятно

однократное срабатывание только одного счетчика. Триггеры без со-

20

провождения подчиняются распределению Пуассона со средними темпами счета, приведенными в Табл. 4. Энергетическое распределение подобных событий приведено на Рис. 6. Максимум распределений находится в районе 5 МэВ и объясняется пороговым эффектом. Отметим отсутствие особенностей в спектре при интересующих нас значениях 7 и 15 МэВ.

Отдельно в Табл. 4 приведены значения темпа счета одиночных триггеров с энергией в интервале 6-8 МэВ: и в этом случае фоновые условия позволяют установке ЬУБ регистрировать нейтринный всплеск. Фоновый эффект для реакции (4), когда наиболее вероятное энерговыделение составляет 15 МэВ, на несколько порядков ниже, чем для реакций (9), (10).

Табл. 4

Условие отбора 1/(темп счета триггеров без сопровождения), сек, по башням установки LVD

Т1 Т2 ТЗ

все счетчики 12,4 5,3 2,8

только внутренние счетчики 24 19 9

внутренние счетчики; энергия триггера 6-8 МэВ 27,4 26 20

Детектор LVD способен эффективно регистрировать нейтринную вспышку от гравитационного звездного коллапса в нашей Галактике не только при реализации Стандартной модели, когда излучаются преимущественно электронные антинейтрино, но и в случае, когда коллапс происходит по какой-либо другой модели с испусканием нейтрино других типов.

Рис. 6. Энергетическое распределение триггеров без сопровождения во всех счетчиках для трех башен установки LVD за период с 15.05.2007 г. по 08.06.2008 г.

В Главе 5 приведены расчеты улучшения детектирования и сепарации разных типов нейтрино при регистрации звёздных коллапсов путем введения в структуру детектора LVD поваренной соли (NaCl).

Если предположить, что в момент коллапса Сверхновой излучаются электронные нейтрино высоких энергий (~50 МэВ), можно увеличить количество наблюдаемых событий на детекторе LVD, дополнительно к железу введя в его структуру некое вещество, состоящее из элементов, обладающих большим сечением взаимодействия с нейтрино.

Этим веществом может являться поваренная соль, NaCl. Реакция взаимодействия электронного нейтрино с поваренной солью подразделяется на две:

ve+Na^>e~ +Mg, (12)

ve + Cl->e~ + Ar, (13)

причем необходимо учесть, что природный хлор состоит на 75,5% из изотопа с массовым числом 35 и на 24,5% - из изотопа с массовым числом 37, а природный натрий целиком состоит из изотопа с массовым числом 23.

В конечном состоянии велика вероятность рождения возбужденного магния, снятие возбуждения с которого происходит путем испускания гамма-кванта с энергией -7,5 МэВ, возбуждение аргона очень слабое.

22

С помощью GEANT4 было проведено моделирование эксперимента LVD, в проходы между колоннами которого были «добавлены» соляные пласты.

Взаимодействие нейтрино с веществом моделировалось двумя способами: во-первых, учитывалось прохождение через вещество только электрона, точка рождения которого выбиралась случайным образом равномерно по всему объему соли, а направление движения считалось изотропным (взаимодействие на ядрах хлора); во-вторых, разыгрывались продукты реакции: электрон и гамма-квант с энергией 7,5 МэВ, распределение скоростей которых не коррелировало друг с другом и было изотропным для обеих частиц (взаимодействие с натрием).

Поскольку рассматриваемые энергии нейтрино достаточно велики, энерговыделение может превышать установленный в 5 МэВ порог сразу в нескольких счетчиках установки LVD. Поэтому можно ввести два понятия эффективности: Е] - число событий, в которых существовал хотя бы один счетчик с энерговыделением выше порога, к общему числу разыгрываемых событий, е2 - число счетчиков с энерговыделением выше порога к общему числу разыгрываемых событий. Полученные значения эффективности регистрации приведены в Табл. 5. Для сравнения, в двух последних столбцах приведены значения эффективности регистрации реакции взаимодействия нейтрино с железом (9), полученные при условии наличия соли между колоннами.

Сравнение данных в двух последних столбцах таблицы с результатами, приведенными в табл. 1, показывает, что соль снижает эффективность регистрации реакции (9), однако введение солевых пластов в структуру установки LVD кажется целесообразным, так как выигрыш за счет увеличения массы мишени превосходит проигрыш за счет увеличения массы поглотителя.

Предположим, что сечение взаимодействия нейтрино с железом, натрием и хлором в расчете на один нейтрон, одинаковы. Исходя из количества атомов железа, натрия и хлора, имеющихся в «модифицированной установке LVD», мы получим, что при количестве взаимодействий нейтрино с железом, равным 700, взаимодействий нейтрино с натрием

будет -120, а с обоими изотопами хлора - 180. Из этих 1000 взаимодействий, что соответствует энергии нейтрино -50 МэВ, может быть зарегистрировано -450, т.е., суммарная эффективность превысит 40%.

Энергетический спектр событий приведен на Рис. 76. Из рисунка следует, что введение поваренной соли не только увеличит количество событий в отклике детектора (примерно на треть по сравнению с существующей конструкцией), но и улучшит разделение типов нейтрино. Подобно реакции (9), реакции (12), (13), также проходящие по заряженным токам, дают возможность определения максимальной энергии приходящих нейтрино по энергетическому спектру событий.

Табл. 5

Эффективность регистрации частиц, рожденных в соляной структуре модифицированной установки LVD

МэВ Электрон Электрон и гамма-квант 7,5 МэВ Взаимодействие с железом

ei 62 El в! Ё2

40 0,134 0,139 0,221 0,240 0,392 0,414

50 0,182 0,193 0,264 0,292 0,475 0,512

60 0,225 0,243 0,305 0,345 0,523 0,579

Интересно сравнить полученные значения с теми, которые были бы зарегистрированы от реакции обратного бета-распада (1), (2) в рамках стандартной модели.

Если температура нейтриносферы звезды составляет 5 МэВ, LVD должен зарегистрировать -320 событий по реакции обратного бета-распада со спектром, показанным на Рис. 7а. Не более 30% таких событий будут похожи на события от взаимодействия нейтрино с солью или железом из-за отсутствия низкоэнергичного импульса в счетчике с триггером (эффективность регистрации нейтрона, рожденного в реакции (1), тем же счетчиком составляет -70%). Суммарный энергетический спектр для всех трех каналов взаимодействия (соль, железо, обратный бета-распад) представлен на Рис. 7в.

Рис. 7а) Энергетический спектр событий от реакции (1) при температуре нейтриносферы звезды 5 МэВ (показан используемый в рас-

А-Е2

четах фит функцией вида -); б) полный энергетический

ехр (Е/В) +1

спектр реакций (12), (13), (9) для энергии нейтрино -50 МэВ (гистограмма). По оси абсцисс - регистрируемая энергия (в МэВ), по оси ординат - относительные единицы; в) сумма графиков, представленных на рис. а) и рис. б) для 320*0.3 событий от реакции (1) и 450 событий от взаимодействий нейтрино с солью и железом. По оси абсцисс - энергия (в МэВ), по оси ординат - количество событий

Даже в случае, когда нейтрино с энергиями ~50 МэВ и антинейтрино со средней энергией ~20 МэВ излучаются одновременно, детектор ЬУБ способен, используя энергетический спектр событий, зарегистрировать нейтринный пик (~7 МэВ) в отклике, разделив таким образом типы приходящих нейтрино.

Ядра хлора хорошо захватывают нейтроны, что позволяет повысить эффективность регистрации реакции (2) до ~80% и не только увеличить количество регистрируемых событий в антинейтринном канале, но и улучшить разделение типов нейтрино, используя как спектр событий,

так и характерную сигнатуру реакции (1) с последующим взаимодействием (2).

В заключении сформулированы следующие результаты работы:

1. Разработана программа Монте-Карло моделирования установки LVD, включающая в себя полное описание детектора.

2. Проведен расчет отклика детектора LVD на взаимодействие нейтрино по реакциям с железом по нейтральным и заряженным токам. Эффективность регистрации нейтринного взаимодействия по реакции по заряженным токам превышает 50% для энергии электронного нейтрино выше 50 МэВ.

Рассчитан отклик детектора LVD на взаимодействие нейтрино с ядрами углерода для энергий нейтрино выше 10 МэВ.

Показано, что железно-сцинтилляционные калориметры способны эффективно регистрировать электронные нейтрино с энергиями выше -20 МэВ.

3. Разработаны критерии офф-лайн анализа данных эксперимента LVD, позволяющие идентифицировать нейтринные всплески от коллап-сирующих звезд в отсутствие антинейтринного излучения. Впервые поставлено экспериментальное ограничение на частоту нейтринных всплесков от коллапсирующих звезд для различных типов нейтрино (в отсутствие антинейтринного излучения): менее 1 события в 3,5 года на 90% уровне достоверности.

4. Показано, что детектор LVD способен эффективно отделять события-кандидаты на всплески нейтринного излучения от гравитационных коллапсов звезд от фона.

5. Показано, что введение в состав установки LVD поваренной соли приводит как к улучшению разделения типов нейтрино, регистрируемых при нейтринном всплеске от Сверхновой, так и увеличению статистики. Проведены расчеты отклика модифицированной установки LVD.

В приложении приведено описание геометрии установки LVD в существующей модификации в терминах программного пакета GEANT4.

3. Публикации автора по теме диссертации

1. Н.Ю. Агафонова, В.В. Бояркин и др. Статус эксперимента LVD //Известия РАН. Серия физическая, 71, №4,586 (2007).

2. N.Yu. Agafonova, V.V. Boyarkin et al., Study of the effect of neutrino oscillations on the Supernova neutrino signal in the LVD detector // As-troparticle Physics, 27, 254-270 (2007).

3. В.В.Бояркин, О.Г. Ряжская, Детектор LVD и нейтрино от коллапси-рующих звезд // Известия РАН, Серия физическая, 71, №4, 589

(2007).

4. N. Agafonova, V. Boyarkin et al., On-line recognition of supernova neutrino bursts in the LVD detector // Astroparticle Physics, 28, 516-522

(2008).

5. Н.Ю. Агафонова, B.B. Бояркин и др., Поиск нейтринного излучения от Сверхновых с помощью детектора LVD // Известия РАН, Серия физическая, 73, № 5, с. 688 (2009).

6. Бояркин В.В., Ряжская О.Г., Поваренная соль как мишень для нейтрино от Сверхновых // Известия РАН, Серия физическая, 73, № 5, с. 691 (2009).

Ф-т 60x84/16 Уч.-изд.л. 1,0 Заказ №22024 Тираж 100 экз. Бесплатно

Отпечатано на компьютерной издательской системе Издательский отдел Учреждение Российской академии наук Институт ядерных исследований РАН 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 7а

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 НЕЙТРИНО ОТ ГРАВИТАЦИОННОГО КОЛЛАПСА ЗВЕЗДЫ. ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТ.

1.1 Стандартная модель гравитационного коллапса.

1.2 Регистрация нейтрино в модели стандартного коллапса.

1.3 Первые эксперименты по поиску нейтрино от коллапсирующих звезд.

1.4 Сверхновая SN1987A.

1.5 Модель вращающегося коллапсара.

1.6 Регистрация нейтрино в модели вращающегося коллапсара.

1.7 Интерпретация экспериментальных результатов от вспышки SN1987А.

ГЛАВА 2 ДЕТЕКТОР LVD.

2.1 Национальная Лаборатория Гран Сассо (LNGS).

2.2 Общее описание установки LVD.

2.3 Сцинтилляционный счетчик.

2.4 Электроника.

2.5 Энергетическая калибровка и разрешение.

ГЛАВА 3 РАСЧЕТ ОТКЛИКА ДЕТЕКТОРА.

3.1 Взаимодействие нейтрино с веществом детектора LVD.

3.2 Моделирование счетчика LVD.

3.3 Отклик детектора LVD на нейтринный всплеск от гравитационного коллапса звезды в модели вращающегося коллапсара.

3.4 Обсуждение результатов.

ГЛАВА 4 АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

4.1 Идентификация нейтринной вспышки.

4.2 Фоны.

4.3 Поиск нейтринных всплесков в режиме реального времени.

4.4 Поиск разных типов нейтрино от гравитационных коллапсов.

ГЛАВА 5 ПРЕДЛАГАЕМАЯ МОДИФИКАЦИЯ УСТАНОВКИ LVD

Впервые идея о том, что во время гравитационного коллапса звезды могут излучаться нейтрино, была высказана в 1941 г. в работе Гамова и Шёнберга [1], в которой говорилось что «процессы поглощения и переизлучения свободных электронов в атомных ядрах, которые распространены в звездном веществе, могут вести к таким огромным потерям энергии путем излучения нейтрино, что становится возможным коллапс всего тела звезды со скоростью свободного падения».

В 1965 г. Я.Б. Зельдович и О.Х. Гусейнов показывают, что звездный гравитационный коллапс сопровождается мощным коротким (-10 мс) импульсом нейтринного излучения [2]. Г.В. Домогацкий и Г.Т. Зацепин предлагают идею поиска коллапсирующих звезд, используя сеть подземных детекторов большого объёма для детектирования астрофизических нейтрино [3]. Этот год считается годом рождения экспериментальной нейтринной астрофизики.

Роль нейтрино в астрофизических исследованиях является весьма важной. Рождаясь в ядерных реакциях в глубине звезд, эти частицы легко выходят на поверхность, давая ценную информацию о процессах, скрытых от наблюдателя огромными толщами звездного вещества. Получение этой информации и ее правильная интерпретация - задача экспериментаторов, занимающихся нейтринной астрофизикой [4].

На сегодняшний день нейтринные эксперименты по поиску коллапсирующих звезд чувствительны только к нейтрино, рождающимся в нашей Галактике и её спутниках - Большом и Малом Магеллановых Облаках.

В последние годы научный интерес к поиску нейтринных всплесков от коллапсов звездных ядер сильно возрос. Это обусловлено тем, что событие, зарегистрированное детектором LSD 23 февраля 1987 года от вспышки Сверхновой SN1987A, не нашло объяснения в рамках стандартной модели гравитационного коллапса звезды. Ответы на многие вопросы, связанные с этим событием, были даны после разработки модели вращающегося коллапсара [5], [6]. Однако эта модель окончательно не завершена, и астрофизические параметры взрыва Сверхновой еще не установлены достаточно точно. Поэтому очень важно иметь детекторы, чувствительные к разным типам нейтрино, что поможет лучше понять физику гравитационного коллапса звезд.

Более того, в течение 30 лет на различных детекторах ведутся поиски нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд. При ожидаемой частоте коллапсов в нашей Галактике порядка одного события раз в 30-50 лет (см. §1.1), событий-кандидатов на нейтринные всплески от гравитационных коллапсов не обнаружено. Означает ли это, что следующая Сверхновая может вспыхнуть со дня на день?

Детектор большого объема (LVD) [7], работающий в лаборатории Гран Сассо в Италии с 1992 г., - это многоцелевой детектор, содержащий ~ 1 кт жидкого сцинтиллятора. Главной его задачей является поиск нейтрино от гравитационных коллапсов звезд в нашей Галактике. LVD, как и предыдущие детекторы, способен регистрировать взаимодействие электронных антинейтрино с протонами сцинтиллятора. Но главное, в этом эксперименте можно регистрировать нейтрино всех других типов по реакциям на ядрах железа и углерода, входящих в детектор.

Данная работа посвящена обсуждению, каким будет отклик детектора LVD на коллапс звезды, происходящий по сценарию вращающегося коллапсара. Особое внимание уделяется регистрации электронных нейтрино по их взаимодействию с железом в структуре установки LVD. Приведены результаты обработки данных детектора по поиску нейтринных всплесков от гравитационных коллапсов звезд, не сопровождающихся излучением электронных антинейтрино.

Работа состоит из настоящего Введения, пяти глав, Заключения и Приложения.

Заключение

Сформулируем основные результаты работы:

1. Разработана программа Монте-Карло моделирования установки LVD, включающая в себя полное описание детектора, при необходимости, расчет светосбора в сцинтилляционном счетчике и учет флуктуаций числа фотоэлектронов, выходящих с фотокатода ФЭУ.

2. Рассмотрены реакции взаимодействия электронного нейтрино с железом: v, + 56Fe —» 56Со * +е~, v + 56Fe ->v4-56Fe *. е с

Проведен расчет отклика детектора LVD на взаимодействие нейтрино по этим реакциям. Эффективность регистрации нейтринного взаимодействия по реакции по заряженным токам превышает 50% для энергии электронного нейтрино выше 50 МэВ.

Рассчитан отклик детектора LVD на взаимодействие нейтрино с ядрами углерода для энергий нейтрино выше 10 МэВ.

Показано, что железно-сцинтилляционные калориметры способны эффективно регистрировать электронные нейтрино с энергиями выше -20 МэВ.

3. Разработаны критерии офф-лайн анализа данных эксперимента LVD, позволяющие идентифицировать нейтринные всплески от коллапсирующих звезд в отсутствие антинейтринного излучения. Впервые поставлено экспериментальное ограничение на частоту нейтринных всплесков от коллапсирующих звезд для различных типов нейтрино (в отсутствие антинейтринного излучения): менее 1 события в 3,5 года на 90% уровне достоверности.

4. Показано, что детектор LVD способен эффективно отделять события-кандидаты на всплески нейтринного излучения от гравитационных коллапсов звезд от фона.

5. Для улучшения разделения типов нейтрино, регистрируемых при нейтринном всплеске от Сверхновой, и увеличения статистики в состав установки LVD в качестве дополнительной мишени предложено ввести поваренную соль. Проведены расчеты отклика модифицированной установки LVD.

В заключение автор считает приятным долгом поблагодарить своего научного руководителя, чл.-корр. РАН, д. ф.-м. н., профессора О.Г. Ряжскую за предложенную тему, постоянный интерес к работе, плодотворные обсуждения и советы; коллектив лаборатории ЭМДН и своих итальянских коллег, участвующих в научной работе детектора LVD. Особую признательность автор выражает Н.Ю. Агафоновой, Е.А. Добрыниной, А.С. Мальгину и В.Ф. Якушеву за помощь в обработке экспериментальных данных и ряд полезных дискуссий и В.В. Кузнецову за помощь в настройке программного обеспечения. Автор признателен К.В. Мануковскому за ряд полезных советов.

Отдельную благодарность автор выражает зам. директора ИЯИ РАН Л.Б. Безрукову за поучительные беседы в неформальной обстановке.

Автор также благодарен своим родителям, В.А. и JI.A. Бояркиным, и бабушке - Н.В. Лисиной - за всестороннюю поддержку при работе над диссертацией п (last but not least!) жене Ю.В. Нахимовой и дочери Ладе за терпение.

1. G. Gamov, M. Shoenberg "Neutrino Theory of Stellar Collapse" // -Phys.Rev. - 1941.-59.-539

2. Зельдович Я.Б., Гусейнов O.X. «Нейтронизация вещества при коллапсе звезд и спектр нейтрино» // ДАН СССР. - 1965. - 162. - с. 791

3. Domogatsky G.V., Zatsepin G.T. "On the experimental possibilities of the observation of neutrinos from collapsing stars" // Proc. of 9 th ICCR. -London. - 1965.-2. - p. 1030

4. Ряжская О.Г. "Нейтрино от гравитационных коллапсов звезд: современный статус эксперимента" // УФН. - 2006. - 176. - №10. -1039.

5. Imshennik V.S. «Explosion mechanism in supernovae collapse» // Sp. Sci. Rev. - 1995.-74.-p.325

6. Имшенник B.C., Ряжская О.Г. "Вращающийся коллапсар и возможная интерпретация нейтринного сигнала от SN 1987А" // ПАЖ. - 2004. -30. -с.17

7. Aglietta М., et al. "The Most Powerful Scintillator Supernovae Detector: LVD" // II Nuovo Cimento A. - 1992. - 105. - p. 1793

8. Дадыкин B.JI., Ряжская О.Г., "Проблемы регистрации нейтринного излучения от SN1987A. Двадцать лет спустя" // ПАЖ. - 2008. - 34. -№9. - 643;

9. Дадыкин В.Л., Зацепин Г.Т., Ряжская О.Г. "События, зарегистрированные подземными детекторами 23 февраля 1987 года"// -УФН, 1989.-158.- с.140.

10. Arnett W.D. "Gravitational Collapse and Weak Interactions" // Can. J. Phys. - 1966.-44.-p. 2553.

11. Иванова J1.H. и др. «Нейтринное излучение при взрывах сверхновых» // Труды международного семинара по физике нейтрино и нейтринной астрофизике. М. - ФИАН СССР. - 1969. -2.-е. 180.

12. Имшенник B.C., Надежин Д.К. «Конечные стадии эволюции звезд и вспышки сверхновых» // Итоги науки и техники. Серия «Астрономия». - М. - ВИНИТИ АН СССР. - 1982. - 21. - с.63.

13. Надежин Д.К., Отрощенко И.В. «Спектр электронных нейтрино и антинейтрино, испускаемых при образовании нейтронных звезды» // -АЖ.-1980.-57.-с. 78.

14. Bowers R., Wilson J.R. "Collapse of iron stellar cores" // Astrophys. J. -1982.-263.-p. 366.

15. Wilson J.R. et al. «Stellar Core Collapse and Supernova» // Ann. N.Y. Acad. Sci. - 1986. - 470. - p. 267

16. Chudakov A.E., Ryajskaya O.G., Zatsepin G.T. "The project of an arrangement for the detection of neutrino radiation from collapsing stars"// -Proc. of 13th ICCR. Denver. - 1973. - 3. - p. 2007

17. P. Galeotti, "Lezioni di astrofisica neutrinica" // ed. CLU. - 1996

18. F. Vissani, "Neutrinos From Supernovae and Supernova Remnants" // -presentation at IFAE. 2005: http://cms.ct.infn.it/ifae/

19. S.P. Reynolds, K.J. Borkowski, D.A. Green, U. Hwang, I. Harms, R. Petre "The Youngest Galactic Supernova Remnant: G 1.9+0.3" // -http://arxiv.org/abs/0803.1487

20. Н.Ю. Агафонова и др. "Статус эксперимента LVD" // Известия РАН. Серия физическая. - 71. - №4. - 586. - 2007

21. M.L.Costantini, A. Ianni, F. Vissani "The interest in neutrinos from core collapse supernovae" // Nucl. Phys. Proc. Suppl. - 2005. - 139. - 27.

22. P. Vogel "Analysis of the antineutrino capture on protons" // Phys. Rev. D. - 1984.-29.-p. 1918

23. P. Vogel, J.F. Beacon "Angular distribution of neutron inverse beta decay, v e+p -> e++n" // Phys.Rev. D. - 1999. - 60. - 053003

24. A.Strumia, F.Vissani "Precise quasielastic neutrino/nucleon cross-section" // -Phys. Lett. B. 2003. - 564. - 42

25. KARMEN collaboration «Results from the KARMEN neutrino experiment» // -Nucl.Phys. A. 1993. - 553. - 83lc.

26. KARMEN collaboration «Neutrino-nucleus reactions with KARMEN» // -Nucl.Phys. A. 1994. - 577. - 421c.

27. W. Haxton "Nuclear response of water Cherenkov detectors to supernova and solar neutrinos" // Phys.Rev. D. - 1987. - 36. - 2283

28. Воеводский A.B., Дадыкин B.A., Ряжская О.Г. "Жидкие сцинтилляторы для больших сцинтилляционных счетчиков" // ПТЭ. — 1970. -1.-е. 85.

29. Alexeyev E.N. et al. "The search of Antineutrino Burst from Gravitational Collapse at Baksan Underground Scintillation Telescope" // Proc. of the 16th ICRC.- Kyoto, Japan., 1979,10, p. 282

30. Alexeyev E.N. et al. "The Baksan Experiment on the Search for Stellar Collapse and Solar flare Neutrinos" // Proc of the 12th Int. Conf. "Neutrino 86". - Sendai, Japan. - 1986. - p. 270.

31. Badino J. et al. "The 90 ton Liquid Scintillation Detector in the Mont Blanc Laboratory"// Nuovo Cimento. - 1984. - 7. - p. 573

32. Dadykin V.L. et al. "Neutrino Experiments at LSD and ASD Installations" // Proc. of the 12th Int. Conf. "Neutrino 86". - Sendai, Japan. - 1986. - p. 285.

33. Hirata К. et al. "Observation of a neutrino burst from the supernova SN1987A"// Phys. Rev. Lett. - 1987. - 58. - p. 1490

34. Bionta R.M. et al. "Observation of a neutrino burst in coincidence with supernova 1987A in the Large Magellanic Cloud" // Phys. Rev. Lett. -1987.-58. - p. 1494

35. Nadyozhin D.K. "The collapse of iron-oxygen stars: Physical and mathematical formulation of the problem and computational method" // -Astrophys. Sp. Sci. 1977. - 49. - p.399.

36. Bruenn S. "Neutrinos from SN1987A and current models of stellar-core collapse" // Phys. Rev. Lett. - 1987. - 59. - p. 938

37. Herant M., Benz W., Colgate S. A. "Postcollapse Hydrodynamics of SN 1987A: Two-Dimensional Simulations of the Early Evolution"// Astrophys. J., 1992, 395, p.642

38. Yanka H. Т., Muller E. "Neutron star recoils from anisotropic supernovae" // Astron. Astrophys. - 1994. - 290. - p.496

39. Burrows A., Hayes J. and Fiyxell B. A. "On the Nature of Core Collapse Supernova Explosions " // Astrophys. J. - 1995. - 450. - p. 830

40. Имшенник В. С., Литвинова И. Ю. «Нейтринная корона протонейтронной звезды и анализ её конвективной неустойчивости» // -ЯФ. 2006. - 69. - с.660.

41. J.N.Bahcall et al. "Neutral-current reactions of solar and supernova neutrinos on deuterium" // Phys.Rev. D. - 1988. - 38. - 1030

42. S. Ying et al. "Neutral- and charged-current disintegration of deuterium by solar and supernova neutrinos" // Phys.Rev. D. - 1989. - 40. - 3211

43. С. Rubbia et al. "ICARUS: A proposal for the Gran Sasso National Laboratory" // INFN/AE-85-7. - 1985. http://aquila.infn.it/icarus/

44. J.N. Bahcall "Neutrino Astrophysics" // Cambridge University Press. -1989

45. Fukugita M., Kohyama Y. and KuboderaK. "Neutrino reaction cross sections on 12C target" // Phys. Lett. B. - 1988. - 212. - p. 139

46. Ряжская О. Г., Рясный В.Г., Сааведра О. "Detection of neutrino flavor oscillations during observation of a neutrino burst from a stellar collapse in the galaxy" // Письма в ЖЭТФ. - 1994. - 59. - c.297

47. E. Kolbe, K.Langanke "Role of v-induced reactions on lead and iron in neutrino detectors" // Phys.Rev. C. - 2001. - 63. - 025802

48. C. Volpe et. al. «Charged-current neutrino- Pb reactions» // Phys. Rev. C.- 2002. 65. - 044603

49. Gaponov Yu.V., Ryazhskaya O.G., Semenov S.V. "Interaction of Electron Neutrinos with 56Fe in the LSD for E <50 MeY"// Yad.Fiz. -2004. - 67.-p. 1969

50. J. Toivanen et al. «Supernova neutrino induced reactions on iron isotopes» //- Nucl. Phys. A.-2001.-694.-395

51. Талонов Ю.В., Семенов C.B. "Железо как детектор нейтрино от коллапсирующих звезд" // Доклад на Симпозиуме «20 лет Сверхновой SN1987A». - Москва. -2007.

52. Талонов Ю.В., Семенов С.В. // Частное сообщение. — 2009.51. http://www.nndc.bnl.gov/

53. Brian G. Marsden "Supernova 1987А In The Large Magellanic Cloud" // -IAU Circ. 1987.-№4316. http://www.cfa.harvard.edu/iauc/04300/04316.html

54. Brian G. Marsden "Supernova 1987A In The Large Magellanic Cloud" // -IAU Circ. 1987.-№4323. http://www.cfa.harvard.edu/iauc/04300/04323.html

55. Amaldi et al. "Data Recordered by the Rome Room Temperature Gravitational Wave Antenna, during the Supernova SN 1987a in the Large Magellanic Cloud" // Europhys. Lett. - 1987. - 3. - p. 1325.

56. Pizzella G. "Coincidence Techniques for Gravitational Wave Experiments"// Nuovo Cim. B. - 1989. - 102. - p. 471.

57. Aglietta M., et al. "Analysis of the Data Recorded by The Mont Blanc Neutrino Detector and by Maryland and Rome Gravitational Wave Detectors During SN 1987A" // Nuovo Cim. C. - 1989. - 12. - p. 75

58. De Rujula A. "May a supernova bang twice?" // Phys. Lett. B. - 1987. -193. - p. 514

59. Bugaev E.V., Bisnovatyi-Kogan G.S. et al. "The interaction of intermediate energy neutrinos with nuclei" // Nucl. Phys. A. - 1979. - 324. - p. 350.л

60. Kolbe E., et al. "Neutrino-induced reactions on С within the continuum random phase approximation" // Phys. Rev. C. - 1994. - 49. - p. 1122;

61. Дадыкин В.JI., Ряжская О.Г., "Об одной группе экспериментальных результатов, связанных с поиском нейтринного излучения от СН1987А. Комментарий" // ПАЖ. - 2009 (2009, в печати)60. http://borex.lngs.infn.it

62. OPERA Coll., "First events from the CNGS neutrino beam detected in the OPERA experiment" // New Journal of Physics. - 2006. - 8. - 303

63. F. Cei, "Search for Neutrinos from Stellar Gravitational Collapse with the MACRO Experiment at Gran Sasso"// PhD thesis. - Scuola Normale Superiore. - Pisa. - 1996.

64. Н.Ю. Агафонова и др., "Изучение вариаций концентрации радона под землей с помощью установки LVD" // Препринт ИЯИ РАН -1071/2001, Москва. - 2001.

65. М. Aglietta et al. "CNGS beam monitor with the LVD detector" // NIM A. -2004.-516.-96.

66. N.Yu. Agafonova et al., "First CNGS events detected by LVD" // Eur. Phys. J. C. - 2007. - 52. - p. 849-855.

67. C.A. Леонтьева, «Газохроматографический анализ воздуха производственных помещений на содержание углеводородов» // -ЖАХ. 1977. - 32. - вып. 8. - с. 1638-1645

68. Khalchukov F.F. et al., "Search for antineutrino fluxes from collapsing stars at the Artyomovsk scientific station" // Proc 20th ICRC. - 1987. -6.-281.

69. Хальчуков Ф.Ф. "Поиск антинейтринного излучения от Солнца на подземных детекторах LYD и LSD" // Дисс. на соискание ученой степени к. ф.-м. н. - Москва. - 1996.

70. A. Bigongiari et al. "High modularity fast charge-time digitizer in neutrino burst detection" // NIM A. - 1990. - 288. - 529.

71. Kudryavtsev V.A., Ryazhskaya O.G. "Energy calibration of LYD scintillation counters using cosmic ray muons" // Preprint LNGS 92/26. -LNGS, Gran Sasso (Italy). 1992.

72. Якушев В.Ф., // Частное сообщение. - 2007.

73. P. Antonioli et al. "Simulation of low-energy neutrino interactions in liquid scintillation counters" // NIM A. - 1991. - 309. - 569.

74. W. Fulgione, G. Navarra "On the possibility of detecting the ve burst from the collapse of a neutron star into a black hole"// Preprint INFN/AE-99/06- INFN, Turin (Italy). -1999.

75. A. Porta «Energy Measurement in LVD to Reconstruct Supernova Neutrino Emission» // PhD thesis. - University of Torino. - 2005.

76. Geant4 Official Web Site, http://geant4.cern.ch

77. Ю.А. Цирлин, "Светособирание в сцинтилляционных счетчиках" // М.- Атомиздат. — 1975.

78. Агафонова Н.Ю., Бояркин В.В., Мальгин А.С., "Светосбор влсцинтилляционном счетчике объемом 1,5 м с квазизеркальным отражением" // Препринт ИЯИ РАН № 1203. - Москва. - 2008.

79. Мальгин А.С., Ряжская О.Г., Якушев В.Ф. "Характеристики сцинтилляционных счетчиков LVD" // Отчет лаборатории ЭМДН ИЯИ АН СССР. - 1989

80. N. Agafonova et al., "The Charge Ratio for the Muon Flux at the Depth of 3200 m.w.e." // The Report at the 20th ECRS. - Lisbon. - 2006.http: //www, lip. pt/event/2006/ecrs/pro с/

81. N. Yu. Agafonova et al., "The Ratio at the Depth of 3000 m.w.e." // -Proc 31th ICRC. Lodz. - 2009 (in press).

82. Бояркин В.В. "Рассмотрение возможности регистрации нейтринного излучения от вращающегося коллапсара с помощью детектора LVD" // -Дипломная работа. М. - МФТИ. - 2004

83. N.Yu. Agafonova et al., "Study of The Effect of Neutrino Oscillations on the Supernova Neutrino Signal in the LVD Detector" // Astroparticle Physics. -2007.-27.-p. 254-270

84. B.B.Бояркин, О.Г. Ряжская "Детектор LVD и нейтрино от коллапсирующих звезд" // Известия РАН, Серия физическая. — 2007. -71. - №4. - с. 589.

85. N. Agafonova et al., "Online recognition of supernova neutrino bursts in the LVD detector" // Astrop.Phys. - 2008. - 28. - p. 516-522

86. Блинников С.И., Имшенник B.C., Надежин Д.К., Новиков И.Д., Переводчикова Т.В., Полнарев А. Г. «Взрыв нейтронной звезды малой массы» // АЖ. - 1990. - 67. - с. 1181

87. Имшенник B.C. «Возможный сценарий взрыва сверхновой в условиях гравитационного коллапса массивного звездного ядра» // ПАЖ. -1992.-18.-c.489

88. Аксенов А.Г., Блинников С.И., Имшенник B.C. «Быстровращающиеся холодные нейтронные звезды» // АЖ. — 1995. — 72. - с.717

89. Имшенник B.C., Надежин Д.К. "Сверхновая 1987А в Большом Магеллановом Облаке: наблюдения и теория"// УФН. - 1988. - 156. -с.576

90. P. Antonioli et al., "SNEWS: the SuperNova Early Warning System" // -New J. Phys. 2004. - 6. - p. 114 http://snews.bnl.gov.

91. Н.Ю. Агафонова и др., "Измерение удельного выхода нейтронов, генерируемых мюонами, с помощью подземного детектора LVD" // -Известия АН, сер. физ. 2005. - 69. - №3. - с. 400-402

92. А.С. Мальгин, О.Г. Ряжская, «Нейтроны от мюонов под землей» // -ЯФ.-2007.-71.-с. 1800.

93. J. Busenitz for the KamLAND collaboration "The KamLAND Experiment" // Int. J. Mod. Phys. A. 2001. - 16 Suppl. 1 B. - p.742-744

94. Y. Suzuki "Kamiokande and Super-Kamiokande" // Talk at the International School of Nuclear Physics (19th cource) Neutrinos in Astro, Particle and Nuclear Physics. 1997. - Erice, Italy.

95. Super-Kamiokande Official Web-Page: http://www-sk.icrr.u-toky о. ас .j p/sk/index- e .html

96. Н.Ю. Агафонова и др., "Поиск нейтринного излучения от Сверхновых с помощью детектора LVD" // Известия РАН. Серия физическая. - 2009. -73.- с. 688.

97. Бояркин В.В., Ряжская О.Г. "Поваренная соль как мишень для нейтрино от Сверхновых" // Известия РАН, Серия физическая. - 2009. - 73. - с. 691.

98. V.V. Boyarkin, O.G. Ryazhskaya, "Sodium Chloride as a Target for Supernovae Neutrinos" // Proc 31th ICRC. - Lodz. - 2009 (in press).

99. О.Г. Ряжская «Проникающие излучения под землей и исследования их характеристик с помощью сцинтилляционных детекторов большого объема» // Дисс. на соискание ученой степение д.ф.-м.н., Москва. — ИЯИ РАН. - 1986