Studies on the Selection of Neutrino-like Signals for the Acoustic Detection Test Device AMADEUS

Studien zur Selektion von neutrino-artigen Signalen für das Testsystem zur akustischen Detektion AMADEUS

  • Acoustic neutrino detection is a promising approach for large-scale ultra-high energy neutrino detectors in water. According to the thermo-acoustic model, a acoustic pressure pulse is produced by a particle cascade that evolves when a UHE neutrino interacts in a medium like water or ice. The AMADEUS system was build to research the feasibility of this detection method. The system consists of an array of 36 acoustic sensors arranged in six clusters distributed over the ANTARES neutrino telescope on different length scales. The ANTARES detector, of which AMADEUS is a subsystem, is located in the Mediterranean Sea, 40 km off the coast of Toulon, southern France in a depth of about 2500m. In thiAcoustic neutrino detection is a promising approach for large-scale ultra-high energy neutrino detectors in water. According to the thermo-acoustic model, a acoustic pressure pulse is produced by a particle cascade that evolves when a UHE neutrino interacts in a medium like water or ice. The AMADEUS system was build to research the feasibility of this detection method. The system consists of an array of 36 acoustic sensors arranged in six clusters distributed over the ANTARES neutrino telescope on different length scales. The ANTARES detector, of which AMADEUS is a subsystem, is located in the Mediterranean Sea, 40 km off the coast of Toulon, southern France in a depth of about 2500m. In this work, a Monte Carlo simulation chain for acoustic neutrino detection devices in water is presented. The simulation chain covers the generation of the acoustic pulse produced by a neutrino interaction and its propagation to the sensors within the detector. Currently, ambient and transient noise models for the Mediterranean Sea and simulations of the data acquisition hardware, equivalent to the one used in ANTARES/AMADEUS, are implemented. A pre-selection scheme for neutrino-like signals based on matched filtering is employed, as it is used for on-line filtering. To simulate the whole processing chain for experimental data, signal classification and acoustic source reconstruction algorithms are integrated in an analysis chain. An overview of design and capabilities of the simulation and analysis chain are presented and the results of the studies are discussed, including the analysis of the transient background as measured at the AMADEUS site and the calculation of an effective volume and a transient-free, limit-setting potential of the AMADEUS detector.show moreshow less
  • Der akustische Nachweis ultrahochenergetischer Neutrinos ist ein vielversprechender Ansatz für ein zukünftiges großvolumiges Neutrinoteleskop. Zur Untersuchung der Machbarkeit eines solchen Detektors wurde das Testsystem AMADEUS in das Wasser-Cherenkov-Neutrinoteleskop ANTARES integriert. Der AMADEUS-Detektor umfasst 36 akustische Sensoren. Der akustische Nachweis von ultrahochenergetischen Neutrinos basiert auf der Messung charakteristischer Schallsignale, die durch die lokale Erwärmung des Mediums entstehen, die ihrerseits aus der Energiedeposition einer Neutrino-induzierten Teilchenkaskade resultiert. In der Arbeit wird die Simulationskette für den AMADEUS-Detektor vorgestellt, die von Der akustische Nachweis ultrahochenergetischer Neutrinos ist ein vielversprechender Ansatz für ein zukünftiges großvolumiges Neutrinoteleskop. Zur Untersuchung der Machbarkeit eines solchen Detektors wurde das Testsystem AMADEUS in das Wasser-Cherenkov-Neutrinoteleskop ANTARES integriert. Der AMADEUS-Detektor umfasst 36 akustische Sensoren. Der akustische Nachweis von ultrahochenergetischen Neutrinos basiert auf der Messung charakteristischer Schallsignale, die durch die lokale Erwärmung des Mediums entstehen, die ihrerseits aus der Energiedeposition einer Neutrino-induzierten Teilchenkaskade resultiert. In der Arbeit wird die Simulationskette für den AMADEUS-Detektor vorgestellt, die von der Erzeugung des Schallsignals über die Propagation durch das Medium hin zum Sensor und dessen Auslese alle relevanten Aspekte berücksichtigt. Dazu gehören auch die Modellierung des vielfältigen akustischen Untergrunds in der Tiefsee, die Charakteristika der Sensoren und der Ausleseelektronik sowie die online Vorselektion von Ereignissen. Die AMADEUS-Analysekette fasst die Signalklassifizierungs- und Rekonstruktionsalgorithmen zusammen und erlaubt eine detaillierte Klassifizierung der ankommenden Signale in verschiedene Signaltypen sowie die Ermittlung des akustischen Quellorts. Die Komponenten der Simulations- und Analysekette werden erläutert und die daraus gewonnenen Ergebnisse zum transienten Untergrund und dem effektiven Volumen von AMADEUS werden diskutiert. show moreshow less

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Metadaten
Author:Max Neff
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-38233
Advisor:Ulrich Katz
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2013
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2013/05/14
Release Date:2013/10/31
Tag:Acoustic Particle Detection; Neutrino Detection
SWD-Keyword:Neutrino
Pagenumber:117
Institutes:Naturwissenschaftliche Fakultät
Dewey Decimal Classification:Naturwissenschaften und Mathematik / Physik / Physik
PACS-Classification:90.00.00 GEOPHYSICS, ASTRONOMY, AND ASTROPHYSICS (for more detailed headings, see the Geophysics Appendix) / 95.00.00 Fundamental astronomy and astrophysics; instrumentation, techniques, and astronomical observations / 95.55.-n Astronomical and space-research instrumentation (see also 94.80.+g Instrumentation for space plasma physics, ionosphere, and magnetosphere) / 95.55.Vj Neutrino, muon, pion, and other elementary particle detectors; cosmic ray detectors (see also 29.40.-n Radiation detectors-in Nuclear physics)
90.00.00 GEOPHYSICS, ASTRONOMY, AND ASTROPHYSICS (for more detailed headings, see the Geophysics Appendix) / 95.00.00 Fundamental astronomy and astrophysics; instrumentation, techniques, and astronomical observations / 95.85.-e Astronomical observations (additional primary heading(s) must be chosen with these entries to represent the astronomical objects and/or properties studied) / 95.85.Ry Neutrino, muon, pion, and other elementary particles; cosmic rays
open_access (DINI-Set):open_access
Licence (German):Creative Commons - Namensnennung

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