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Implementation of The Perturbed Angular Correlations Technique at The Pelletron Laboratory for the Study of Biomolecules Structures and Interactions
No full textEste trabalho de mestrado trata da implementação de um espectrômetro de correlações angulares perturbadas no Laboratório do Acelerador Pelletron do Instituto de Física da Universidade de São Paulo. O espectrômetro é formado por seis detectores cintiladores com cristais de \'BaF IND.2\', de 3 polegadas de diâmetro por 6 de comprimento, com um sistema eletrônico e de aquisição de dados multiparamétrico padrão CAMAC. Diferentemente do usual, os espectros de energia dos raios gama dos núcleos de prova são adquiridos para cada detector, o que permite manter um controle maior sobre todo o experimento. Além disso, um mesmo experimento pode ser revisto com diferentes abordagens por diversas vezes, pois todas as informações sobre ele são armazenadas. Com a configuração eletrônica adotada, os espectros de energia são obtidos por meio de um QDC (charge to digital converter), dispensando o uso de pré-amplificadores. Os espectros de tempo são adquiridos com um TDC (time do digital converter). A seleção dos eventos de coincidência é realizada computacionalmente, procedimento que pode ser realizado durante a aquisição dos dados. Como a motivação para a implementação desse espectrômetro é o estudo de estruturas e interações de biomoléculas por meio da técnica de correlações angulares (PAC), foram realizadas medidas exploratórias, com o uso do espectrômetro do Laboratório de interações Hiperfinas (LIH) do Centro do Reator de Pesquisas (CRPq) no IPEN, paralelamente à implementação do espectrômetro. As primeiras medições foram realizadas com amostras de vesículas lipídicas. Com essas medidas foi possível notar a influência da variação de tamanho das moléculas (diminuição de tamanho em uma ordem de grandeza) no tempo de correlação rotacional à temperatura ambiente, quando adicionado SDS (sodium dodecyl sulfate) na suspensão para formação de um agregado micelar. As duas séries de medidas seguintes foram realizadas com amostras de SDS nas quais variaram-se as concentrações para se tentar verificar alterações na geometria ou na mobilidade das moléculas em função desse parâmetro. Foi possível notar que o comportamento das funções perturbação experimentais variaram com as amostras, porém não foi possível notar sistemática no comportamtento. Outro fator notado foi a influência do meio. O comportamento das moléculas quando na presença de metanol nas amostras era bem diferente das soluções aquosas. Também não foi possível obter uma conclusão clara quanto à concentração micelar crítica para soluções aquosas. Por fim foram realizadas medidas com amostras de proteína calmodulina. Foram feitas medidas à temperatura ambiente e a 77K. Notou-se que essa proteína é passível de ser estudada por meio da técnica PAC. Para confirmar a presença da proteína nas amostras e também tentar verificar um deslocamento na massa devido à presença do íon \'ANTPOT.111 Cd\' \'ANTPOT.2+\' foram realizadas medidas de espectrometria de massas no Laboratório de Espectrometria de Massas na Embrapa em Brasília. Foi possível confirmar a presença da proteína nas amostras, porém não foi possível notar a presença de \'ANTPOT.111 Cd\' devido à baixa concentração de íons utilizados com a técnica PAC.This work is related to the implementation of a perturbed angular correlation (PAC) spectrometer at the University of São Paulo Pelletron Laboratory. The spectrometer consists of 6 cylindrical BaF scintillator detectors, with 3 inches diameter and 6 inches length and a multiparameter CAMAC data acquisition system. Different from usual, the gamma ray energy spectra of the cascade nuclei are acquired for each detector, which allows us to have more control of the experiment. Besides, the same experiment can be revised with different approaches at any time. With the adopted electronics configuration, the energy spectra are obtained through a QDC (charge to digital converter) module, which dispenses the use of pre-amplifiers. The time spectra are acquired with a TDC (time to digital converter) module. The selection of coincidence events is performed computationally, and this procedure can be evaluated during the data acquisition. The main motivation for implementing this spectrometer is the study of the structure and interactions of biomolecules through the perturbed angular correlation technique. Test measurements were performed, parallel to the spectrometer construction, with the use of the Hyperfine Interactions Laboratory spectrometer at the Centro do Reator de Pesquisas do Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (CRPq-IPEN). The first measurements were performed with lipidic vesicles samples. In this case it was possible to observe the influence of the molecule dimension change (decrease in one order) on the rotational correlation time at room temperature, when SDS (sodium dodecyl sulfate) was added in the suspension to form micellar aggregation. The two following series of measurements were performed with SDS samples in which the concentration was varied in order to verify modifications in the geometry or mobility of the molecules as a function of that parameter. The behavior of the experimental perturbation functions varied with the samples. However, it was not possible to point out any systematics in their behavior. The molecules behavior when in presence of methanol in the samples was very different from the aqueous solutions. Also, it was not possible to obtain a clear conclusion about the critical micellar concentration for the aqueous solutions. Finally, the last measurements were performed with calmodulin protein samples, at room temperature and at 77K. In this case we concluded that this protein can be studied through the PAC technique. In order to confirm the presence of the protein in the samples and at same time to verify if any mass displacement occurred due to the presence of the Cd, mass spectrometry measurements were performed at the Laboratório de Espectrometria de Massas -- Embrapa in Brasília. It was possible to confirm the presence of the protein in the samples, but it was not possible to observe the mass displacement due to the presence of the Cd, since the ions concentration used with the PAC technique is very low
Time scale determination for light heavy-ion reactions through small relative momenta correlation measurements
No full textNeste trabalho foram realizadas, no Laboratório Pelletron do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, medidas de coincidência entre partículas com momentos relativos pequenos para os sistemas 160+10B e 160+ 12C nas energias de 62,5 e 64,0 MeV, respectivamente. Para isso, foi utilizado um hodoscópio composto de 14 telescópios do tipo E-E, capazes de medir a energia tanto de partículas pesadas (Z>2) como leves (Z2). A partir dessas medidas foram obtidos espectros de diferença dos módulos das velocidades (vdif) e funções correlação em momento relativo (prel) para vários pa res de partículas. A análise do espectro de vdif permite determinar a proporção relativa entre as duas seqüências de emissão possíveis para um dado par de partículas. A região da anticorrelação na função correlação permite obter informações sobre a escala temporal referente ao intervalo de tempo entre a emissão da primeira e da segunda partícula. Para o ajuste tanto do espectro de vdif como da função correlação foi utilizado um programa que simula a emissão sequencial de duas partículas a partir de um núcleo composto, no qual a fração das sequências de emissão e a escala temporal são parâmetros ajustáveis. Correlações envolvendo somente partículas leves forneceram resultados para as escalas temporais da ordem de 10-20 s a 10-19 s, compatíveis com evaporação sequencial de um núcleo composto. Correlações envolvendo partículas leves e pesadas forneceram escalas temporais da ordem de 10-20s compatíveis com a fissão de núcleos residuais após a emissão de uma partícula leve.Particle-particle correlation measurements at small relative momenta for the 160+10B and 160+ 12C systems at Elab = 62.5 and 64 MeV, respectively, were performed at the University of São Paulo - Pelletron Laboratory. The experimental setup consisted of a hodoscope composed by fourteen triple telescopes which provide the energy for both light (Z 2 ) and heavy (Z>2) particles. Velocity difference (vdifl) spectra a nd correlation functions at small relative momenta were obtained for many particle pairs. The velocity difference spectrum provides information about the emission order for the particles. The anticorrelation region in the correlation function provides information about the time between the first and second emission. A simulation code that calculates sequencial emission from a compound nucleus and for which the emission order and time scale are parameters was used to fit both the vdiff spectrum and the correlation function. The time scales obtained for light particle correlations are between 10-20 and 10-19 s and they are in agreement with predictions for the evaporation of compound nuclei. Correlations between light and heavy particles give time scales of about 10 -20 which are compatible with fission of the residual nuclei after a light particle emission
Muons in the COSINE-100 experiment: events selection, detector monitoring and annual modulation
No full textPouco se sabe sobre a natureza da matéria escura. A sua existência é conhecida devido a evidências gravitacionais e muitos modelos teóricos sugerem a existência de partículas com propriedades esperadas para as partículas de matéria escura. Há um esforço global para a detecção dessas partículas e um dos experimentos observa sinais atribuídos à modulação anual da taxa de eventos de matéria escura desde a década de 1990: o experimento DAMA/LIBRA utiliza cristais de NaI(Tl), porém, nenhum experimento observou o mesmo tipo de sinal. O COSINE-100 é um esforço conjunto dos experimentos KIMS e DM-Ice, e com o uso do mesmo material do DAMA/LIBRA, tenta reproduzir ou refutar o sinal observado. O experimento iniciou sua operação em 2016 no laboratório subterrâneo de Yangyang (Y2L), na Coreia do Sul. Para garantir a qualidade dos dados, os fundos provenientes de decaimentos de radionuclídeos dos materiais e eventos gerados por raios cósmicos devem ser estudados. Os múons são uma importante fonte de fundos, pois induzem eventos nos cristais na região de interesse para busca de matéria escura. Além disso, durante o ano, o fluxo de múons sofre uma modulação anual. Esse trabalho se concentra no estudo de eventos gerados por múons e por isso, essa dissertação apresenta uma breve descrição do experimento COSINE-100, em específico os painéis plásticos utilizados para detecção de múons, procedimentos do monitoramento da estabilidade desses detectores e a correção de ganho, bem como resultados do fluxo diário de múons, sua modulação anual e sua correlação com a modulação da temperatura atmosférica.Little is known about the nature of dark matter. Its existence is well known due to gravitational evidence and many theoretical models suggest the existence of new particles with properies expected for dark matter particles. There is a global effort to detect these particles and one of the experiments observes signals attributed to the annual modulation rate of dark matter events since the 1990s: the DAMA / LIBRA, experiment uses NaI (Tl) crystals, however, no experiment has observed the same type of signal. COSINE-100 is a joint effort of the KIMS and DM-Ice experiments, and with the use of the same target material as DAMA / LIBRA, tries to reproduce or refute the observed signal. The experiment started operating in 2016 at the underground laboratory in Yangyang (Y2L), South Korea. To guarantee the quality of the data, the background signals from radionuclide decays of the materials and events generated by cosmic rays must be studied. Muons are an important source of background, as they induce events in the crystals in the region of interest to search for dark matter. In addition, during the year, the muons flux undergoes an annual modulation. This work focuses on the study of events generated by muons and, therefore, this dissertation presents a brief description of the COSINE-100 experiment, specifically the plastic panels used to detect muons, procedures for monitoring the stability of these detectors and their gain corretion, as well as results of daily muon flux, its annual modulation and its correlation with atmospheric temperature modulation
Scales of processes involving binary light-heavy ions
No full textForam realizadas medidas de seções de choque para processos onde ocorre a emissão binária de fragmentos complexos, utilizando técnicas de coincidência cinemática, para o sistema 16O + 10B no intervalo de 22 MeV < EC.M. < 24.5 MeV com EC.M. ~ 20 KeV e 17 MeV < EC.M. < 25 MeV com EC.M. ~ 190 KeV e para o sistema 19F + 12C em 22 MeV < EC.M. < 24.5 MeV com EC.M. ~ 20 KeV. As funções de excitação obtidas apresentam fortes flutuações. As larguras médias destas flutuações foram obtidas através da análise das funções de correlação em energia. Para o sistema 16O + 10B foram obtidas larguras da ordem de 25 KeV e 350 KeV. Para o sistema 19F + 12C obteve-se larguras da ordem de 40 KeV. As larguras menores, para ambos os sistemas, apresentam comportamento aproximadamente constante, tanto em função da energia de excitação dos fragmentos no canal de saída quanto em função do ângulo de emissão destes fragmentos. Estas larguras sugerem que o tempo de vida do sistema intermediário, da ordem de 2 x 10-20 s, seja muito superior ao seu tempo de rotação, condizente com o previsto para um mecanismo de fusão-fissão. A largura maior obtida para o sistema 16O + 10B apresenta, no canal de espalhamento elástico, uma dependência clara com o ângulo de espalhamento. Esta largura, assim como a dependência angular observada, sugere que o tempo de vida do sistema intermediário seja levemente superior ao tempo de revolução do mesmo. Estes fatos sugerem que o mecanismo responsável por estas flutuações seja o \"orbiting\" nuclear. Foram feitas comparações com modelos onde há a formação de núcleo composto e \"orbiting\" nuclear e os resultados obtidos são consistentes com os dados experimentais.Binary decay cross section measurements have been performed for the system 16O + 10B at 22 MeV < EC.M. < 24.5 MeV (EC.M. ~ 20 KeV) and 17 MeV < EC.M. < 25 MeV (EC.M. ~ 190 KeV ) and for the system 19F + 12C at 22 MeV < EC.M. < 24.5 MeV (EC.M. ~ 20 KeV). The binary fragments were identified by the kinematic coincidence technique. The excitation functions for these systems show strong fluctuations and their average widths were obtained through the analysis of energy correlation functions. The small widths observed for the 16O + 10B (about 20 KeV) and 19F + 12C (about 40 KeV) systems show a constant behavior with the fragments excitation energy and scattering angle. These widths correspond to an intermediate system time scale of about 2 x 10-20 s which is larger than its revolution time. These features suggest the presence of the fusion-fission mechanism, where the compound nucleus spends a lot of time to acquire a relaxed form and thermal equilibrium. For the 16O + 10B system, larger widths (about 350 KeV) were also observed which are related to a faster process. These widths show a clear dependence with the scattering angle in the elastic scattering channel. These aspects are expected for a process where the time scale is comparable to the intermediate system revolution time, like an orbiting mechanism. Theoretical predictions for fusion-fission and orbiting mechanisms were compared to the experimental results and a good agreement was observed
Search for dark matter: dark photons and solar axions in the COSINE-100 experiment
No full textDiversas observações astrofísicas evidenciam a existência da matéria escura no universo. Entretanto, apenas sua interação gravitacional com a matéria bariônica é conhecida, sendo necessário o entendimento de outras interações a fim de compreender sua natureza. Inúmeras teorias foram desenvolvidas com o intuito de explicar as propriedades das partículas de matéria escura, sendo o principal candidato já há alguns anos os WIMPs. Apesar de diversos experimentos ao redor do mundo procurarem pelos WIMPs, nenhum obteve resultados positivos contundentes até o momento, incentivando a busca por outros candidatos à matéria escura. Em especial, candidatos à matéria escura bosônica, cujos principais exemplos são os fótons escuros e áxions, vêm atraindo atenção em estudos recentes, principalmente pelo fato de detectores modernos começarem a ter sensibilidade suficiente para serem competitivos com limites superiores estabelecidos por observações astrofísicas. Um destes experimentos é o COSINE-100, localizado no laboratório subterrâneo de YangYang na Coreia do Sul, cujos principais detectores são 106 kg de cristais de NaI(Tl), e está em operação desde 2016. A principal fonte de matéria escura bosônica na Terra seria o Sol, sendo responsável pelos principais limites superiores determinados por observações astrofísicas nos modelos dos fótons escuros e áxions com massa abaixo de 1 keV. Até o momento, experimentos vêm pesquisando a matéria escura solar procurando por um excesso de eventos em seus detectores. No entanto, em experimentos com alguns anos de dados, também é possível buscar por uma modulação anual na taxa de eventos medida, decorrente do movimento de translação terrestre. O foco deste trabalho é o estudo dos dados de cerca de 3 anos do COSINE-100, nos quais foram procurados eventos decorrentes de fótons escuros e áxions nos cristais de NaI(Tl). Foram estudados três modelos para a matéria escura solar através da procura pela modulação anual: fótons escuros, áxions DFSZ e KSVZ, e áxions de Kaluza-Klein. Como as modulações esperadas para cada modelo não foram encontradas nos dados, limites superiores para a massa das partículas de cada modelo, e para a constante de acoplamento cinético, no caso dos fótons escuros, para a constante de acoplamento entre áxions e elétrons, no caso dos áxions DFSZ e KSVZ, e para a constante entre áxions e fótons, no caso dos áxions de Kaluza-Klein, foram determinados. Além disso, foi procurado um excesso de eventos gerados pelo decaimento de fótons escuros provenientes da interação inelástica da Boosted Dark Matter com o cintilador líquido do COSINE-100. Neste caso, também não foram encontrados eventos além dos esperados para o fundo.Several astrophysical observations show the existence of dark matter in the universe. However, only its gravitational interaction with baryonic matter is known, requiring the knowledge of other types of interactions in order to understand its nature. Countless theories were developed intending to explain the dark matter particles properties. The WIMPs are the main candidates for some years already. Although several experiments all over the world search for the WIMPs, none have obtained categorical positive results until this moment, which encourages the search for other dark matter candidates. Particularly, bosonic dark matter candidates, whose main examples are the dark photons and axions, are attracting the attention of recent studies, especially due to the fact that modern detectors are beginning to have enough sensibility to be competitive with upper limits determined by astrophysical observations. One of these experiments is COSINE-100, situated at the YangYang underground laboratory in South Korea, whose primary detectors are 106 kg of NaI(Tl) crystals, and is in operation since 2016. The main bosonic dark matter source at Earth would be the Sun, which is responsible for the best upper limits established by astrophysical observations in dark photons and axions models with mass below 1 keV. Until now, experiments are searching for solar dark matter by looking for excess events in their detectors. Nevertheless, in experiments with some years of data, it is also possible to look for an annual modulation in the event rate measured, due to the Earth translation movement. The aim of this work is the study of around 3 years data of COSINE-100, in which events generated by dark photons and axions in the NaI(Tl) crystals were searched. Three models for solar dark matter were analyzed through the search for the annual modulation: dark photons, DFSZ and KSVZ axions, and Kaluza-Klein axions. Since the expected modulations for each model were not found in the data, upper limits for the particle mass of each model, and for the kinetic mixing constant, in the dark photons case, for the coupling between axions and electrons, in the DFSZ and KSVZ axions case, and for the coupling between axions and photons, in the Kaluza-Klein axions case. In addition, excess events produced by the decay of dark photons from the inelastic interaction of Boosted Dark Matter with the COSINE-100 liquid scintillator were investigated. In this case, excess events over the expected background were not found as well
Dark matter search through direct detection: reconstruction and study of events generated by muons in the COSINE-100 experiment
No full textA natureza da matéria escura é um dos principais assuntos de estudo da atualidade. Apesar de podermos inferir sua presença no universo, por exemplo, através da observação de seus efeitos gravitacionais, sua composição ainda é alvo de debate. Para resolver essa questão, muitos experimentos foram e estão sendo realizados. Até o presente momento, nenhum deles mostrou evidências suficientes para uma conclusão definitiva. Contudo, um deles, o experimento DAMA/LIBRA, clama ter alcançado resultados conclusivos sobre a natureza da matéria escura ao observar uma modulação anual nos eventos obtidos em seus cintiladores de cristal de NaI(Tl), apesar de tais resultados não serem confirmados pelos demais experimentos. A fim de obter um veredito sobre o resultado do experimento DAMA/LIBRA, foi idealizado o experimento COSINE-100, que utiliza os mesmos tipos de detectores para confirmar ou refutar as observações do DAMA/LIBRA. O experimento COSINE-100 está em operação desde 2016 no laboratório de Yangyang (Y2L), Coreia do Sul. Para garantir uma boa análise de dados, há um grande esforço no estudo de radiações de fundo presentes no experimento, além de sua prevenção com várias camadas de blindagem ativa e passiva. A radiação de múons é uma candidata à explicação dos resultados do experimento DAMA/LIBRA por também apresentar uma modulação anual e poder causar eventos com energia semelhante ao esperado para matéria escura nos detectores de cristal. A fim de aprofundar o estudo desse tipo de radiação e melhorar a seleção de eventos do experimento, neste trabalho, são estudados métodos de reconstrução de trajetória de múons, assim como a direção do seu fluxo através do arranjo experimental.The nature of dark matter is one of the main subjects of study today. Although we can infer its presence in the universe, for example, through observation of its gravitational effects, its composition is still in debate. To resolve this issue, many experiments have been and are being carried out. To date, none of them has shown sufficient evidence for a definitive conclusion. However, one of them, the DAMA/LIBRA experiment, claims to have achieved conclusive results on the nature of dark matter by observing an annual modulation in the events obtained in its NaI(Tl) crystal scintillators, although such results are not confirmed by other experiments. To obtain a verdict on the result of the DAMA/LIBRA experiment, the COSINE-100 experiment was idealized, which uses the same type of detectors to confirm or refute the observations of the DAMA/ LIBRA. The COSINE-100 experiment has been in operation since 2016 at the Yangyang laboratory (Y2L), South Korea. To ensure good data analysis, there is a great deal of effort in the study of background radiation present in the experiment, in addition to its prevention with various active and passive shielding layers. One of the most important radiations studied are muons, which can be candidates for explaining the results of the DAMA/LIBRA experiment, as they also present an annual modulation and can cause events with energy similar to that expected for dark matter in crystal detectors. In order to deepen the study of this type of radiation and improve the selection of events in the experiment, in this work methods for reconstructing the trajectory of muons, as well as the direction of their flow through the experimental setup are studied
Detection of dark photons generated by muons\' bremsstrahlung in the COSINE-100 experiment
No full textA existência de matéria escura se apoia em profusas evidências oriundas de observações astrofísicas, as quais, no entanto, consistem em fenômenos gravitacionais. Com isto, a única interação conhecida entre matéria escura e matéria bariônica é a gravitacional, se fazendo necessário estabelecer a existência (ou inexistência) de todos os outros possíveis tipos de interação para conhecer completamente sua natureza. Por esta razão, variadas teorias foram produzidas a fim de descrever as propriedades das partículas de matéria escura, além de experimentos elaborados para testá-las. Há algum tempo, a teoria melhor aceita pela comunidade científica é a das WIMPs, existindo diversos experimentos que buscam por elas e, no entanto, não obtiveram resultados conclusivos quanto à sua detecção. Isto motiva a busca por outras partículas candidatas, dentre as quais estão fótons escuros e áxions, principais modelos de matéria escura bosônica. Estudos sobre esses modelos estão cada vez mais numerosos, em grande parte devido a tecnologias mais recentes que aumentam a sensibilidade dos detectores desenvolvidos para experimentos que buscam por essas partículas, com potencial de fornecer restrições mais precisas a seus parâmetros em relação às obtidas de observações astrofísicas. Um destes experimentos é o COSINE-100, situado no laboratório subterrâneo de YangYang, Coreia do Sul. Este opera desde 2016 e utiliza como principais detectores 106 kg de cristais de NaI(Tl). Um grande desafio para este tipo de experimento é a separação de eventos procurados dos sinais de fundo na região de interesse, especialmente sinais de múons, o que evidencia a abundância dessa partícula nos raios cósmicos. Porém, há um modelo que prevê o acoplamento cinético entre múons e fótons escuros, os quais podem desacoplar caso o múon sofra bremsstrahlung em algum alvo, podendo ser detectado direta ou indiretamente. Embora o experimento COSINE-100 tenha sido planejado inicialmente para a busca por modulação anual de matéria escura, ele possui recursos para a procura por excesso de eventos em seus detectores, possibilitando então testar este modelo do fóton escuro. O objetivo deste trabalho é, portanto, o estudo dos dados do COSINE-100 à procura de eventos causados por fótons escuros gerados por bremsstrahlung de múons, dada a abundância dessas partículas na superfície terrestre. Foram estudadas cinco possibilidades de detecção: direta, via espalhamento Compton-like e absorção, e indireta, via decaimento em 3 fótons (para massas menores que 2m_e ), decaimento em pares elétron-pósitron (para massas maiores que 2m_e ) e oscilação em fótons (também para massas menores que 2m_e ). Foi constatado que, ao considerar o fluxo de fótons escuros gerados em toda a superfície terrestre, espera-se um máximo de 10^(-5) eventos detectáveis por dia, por keV depositado nos cristais de NaI(Tl) e por kg de massa destes. Além disto, estimou-se que mais de 1 evento detectável por ano deve ocorrer para massas entre 10 keV e 1 MeV, e entre parâmetros de acoplamento entre 10^(-4) e 10^(-2) . Por fim, a análise dos dados experimentais (do SET3 do COSINE-100) em single hit (até 100 keV) nos cristais mostraram que os espectros de detecção calculados com as maiores amplitudes são entre 10^5 e 10^6 vezes menores que o necessário para gerar um sinal, com 90% C.L. Em suma tais estimativas não fornecem boas perspectivas de detecção de excesso de eventos. No entanto, análises dos eventos em multiple hit podem ser feitas na tentativa de restringir o espaço de parâmetros do fóton escuro, caso a amplitude dos espectros calculados seja grande o suficiente (em relação ao fundo presente) para energias maiores.The existence of dark matter is supported by abundant evidence from astrophysical observations, which primarily involve gravitational phenomena. Consequently, the only known interaction between dark matter and baryonic matter is gravitational, necessitating exploration of all other possible types of interactions to fully understand its nature. Various theories have been proposed to describe dark matter particle properties, with experiments designed to test them. For some time, the most widely accepted theory within the scientific community has been that of Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs), though numerous experiments searching for them have not yielded conclusive results. This has spurred the search for other candidate particles such as dark photons and axions, prominent models of bosonic dark matter. Research into these models is expanding, aided by newer technologies enhancing detector sensitivity, potentially providing constraints more precise than those from astrophysical observations. One such experiment is COSINE-100, located in the Yangyang underground laboratory in South Korea. Operational since 2016, it employs 106 kg of NaI(Tl) crystals as its primary detectors. A major challenge for such experiments is distinguishing sought-after events from background signals, particularly muon signals, which are abundant in cosmic rays. However, there exists a model predicting kinetic coupling between muons and dark photons, detectable either directly or indirectly if the muon undergoes bremsstrahlung in a target material. Although initially designed to search for annual modulation of dark matter, COSINE-100 possesses capabilities to detect excess events in its detectors, potentially testing this dark photon model. This study aims to analyze COSINE-100 data specifically for events caused by dark photons generated via muon bremsstrahlung, given the great abundance of muons at Earth\'s surface. Five detection possibilities were explored: direct detection, Compton-like scattering and absorption, and indirect detection via decay into 3 photons (for masses lower than 2m_e ), decay into electron-positron pairs (for masses greater than 2m_e ), and photon oscillation (also for masses lower than 2m_e ). It was found that considering the flux of dark photons produced across Earth\'s surface, a maximum of 10^(-5) detectable events per day per keV deposited in NaI(Tl) crystals per kg of their mass is expected. Furthermore, it was estimated that more than 1 detectable event per year should occur for masses between 10 keV and 1 MeV, and coupling parameters between 10^(-4) and 10^(-2) . Finally, the analysis of the experimental data (from COSINE-100 SET3) in single hit (up to 100 keV) in the crystals showed that the calculated detection spectra with the largest amplitudes are between 10^5 and 10^6 times smaller than that needed to generate a signal, with 90% C.L. In short, these estimates do not provide good prospects for detecting excess events. However, analyses of multiple hit events can be done in an attempt to constrain the dark photon parameter space, if the amplitude of the calculated spectra is large enough (relative to the present background) for higher energies
Determining levels density parameter for s-d nuclei
No full textAtravés do estudo do contínuo de espectros de partículas leves evaporadas por um núcleo composto, determinamos parâmetros de densidade de níveis para núcleos pertencentes à camada s-d. Foram medidas distribuições angulares para os sistemas 16O + 12C (48. 8 e 54.2 MeV), 14N + 12C (46.0 MeV) e 18O + 12C (41.3 MeV), com 5° <= ?LAB <= 80°, obtendo-se espectros referentes aos canais de saída p, d, t e ?. Telescópios do tipo barreira de superfície foram utilizados na deteção das partículas carregadas. A análise foi efetuada em base ao modelo estatístico de Hauser-Feshbach onde o conhecimento da densidade de níveis dos núcleos residuais e, particularmente do parâmetro de densidade de níveis, é fundamental. A restrição do estudo a regiões de energia de excitação onde predomina a contribuição do primeiro decaimento do núcleo composto, permitiu eliminar a ambiguidade dos resultados As vantagens e inconvenientes do método aplicado são discutidosLevel density parameters for s-d nuclei were obtained through the study of the continuum of light particles evaporation spectra, from heavy ion compound reactions, Angular distributions were measured for the 16O + 12C (48. 8 e 54.2 MeV), 14N + 12C (46.0 MeV) and 18O + 12C (41.3 MeV) systems in the .angular interval 5° <= ?LAB <= 80°. Energy spectra of the p, d., t and ? exit channels were obtained. Solid state telescopes were used for the charged particles identification. The analysis of the data has been performed within the framework of the Hauser-Feshbach theory. The importance of the level density parameter has been investigated. The comparison of the experimental data to the theoretical prediction has been done in an excitation energy region in which sequential decay is negligible. The accuracy of the method is discussed
Development of clustering algorithm for foward calorimeter in the ALICE experiment at the LHC
No full textO Grande Colisor de Hádrons (Large Hadron Collider - LHC) é um acelerador de prótons e íons pesados localizado no CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Em um de seus experimentos, ALICE (A Large Ion Collider Experiment ), está sendo projetado um detector dedicado a explorar os aspectos únicos de colisões núcleo-núcleo. A principal finalidade do ALICE é estudar a formação de um novo estado da matéria, o plasma de quarks e glúon. Para isto devem-se ter medidas precisas de hádrons, elétrons, múons e fótons produzidos em colisões chumbo-chumbo. Assim está sendo proposto um calorímetro frontal (Foward Calorimeter - FoCal) como um upgrade para o ALICE. A função deste calorímetro é o estudo das funções de distribuição de pártons (Partons distribuction Functions - PDF) no regime de pequenos valores do x de Bjorken. Nesta região é esperado que estas PDFs tenham um comportamento não linear devido ao processo de saturação de glúons. Para o estudo desta região é necessária a medida de fótons diretos produzidos na colisão. Estes, por sua vez, ficam mascarados pelo fundo de fótons provenientes do decaimento de píon, o que leva a uma necessidade de suas identificações. Com isto surge a oportunidade para a utilização do método de clusterização que é uma ferramenta de mineração de dados. Este trabalho contribuiu para o desenvolvimento inicial de um algoritmo de clusterização para o calorímetro FoCal.The Large Hadron Collider (LHC) is a CERN\'s accelerator that collides protons and heavy ions. One of its experiments, ALICE, is building a new detector to explore new aspects of heavy ions collisions. The Alice\'s main goal is to study the formation of quark-gluon plasma (QGP). To do that it\'s necessary to get accurate data on hadrons, electrons, muons and gammas created in lead-lead collision. So, to accomplish that a new calorimeter is in study to scan the foward region of experiment, the Foward Calorimeter (FoCal). It\'s proposed to study Parton Distribution Functions (PDFs) in a regime of very small Bjorken-x, where it is expected that the PDFs evolve non-linearly due to the high gluon densities, a phenomena referred to as gluon saturation.But to do that it\'s required to measure the direct gammas created on collision. These fotons are blended on by fotons descendant of pion. So there\'s a need to separate it from the direct gammas. One way to solve this problem is to use clustering methods (a type of mining data algorithm). This work helped on early stages of development that clustering algorithm
Scales of processes involving binary light-heavy ions
No full textForam realizadas medidas de seções de choque para processos onde ocorre a emissão binária de fragmentos complexos, utilizando técnicas de coincidência cinemática, para o sistema 16O + 10B no intervalo de 22 MeV < EC.M. < 24.5 MeV com EC.M. ~ 20 KeV e 17 MeV < EC.M. < 25 MeV com EC.M. ~ 190 KeV e para o sistema 19F + 12C em 22 MeV < EC.M. < 24.5 MeV com EC.M. ~ 20 KeV. As funções de excitação obtidas apresentam fortes flutuações. As larguras médias destas flutuações foram obtidas através da análise das funções de correlação em energia. Para o sistema 16O + 10B foram obtidas larguras da ordem de 25 KeV e 350 KeV. Para o sistema 19F + 12C obteve-se larguras da ordem de 40 KeV. As larguras menores, para ambos os sistemas, apresentam comportamento aproximadamente constante, tanto em função da energia de excitação dos fragmentos no canal de saída quanto em função do ângulo de emissão destes fragmentos. Estas larguras sugerem que o tempo de vida do sistema intermediário, da ordem de 2 x 10-20 s, seja muito superior ao seu tempo de rotação, condizente com o previsto para um mecanismo de fusão-fissão. A largura maior obtida para o sistema 16O + 10B apresenta, no canal de espalhamento elástico, uma dependência clara com o ângulo de espalhamento. Esta largura, assim como a dependência angular observada, sugere que o tempo de vida do sistema intermediário seja levemente superior ao tempo de revolução do mesmo. Estes fatos sugerem que o mecanismo responsável por estas flutuações seja o \"orbiting\" nuclear. Foram feitas comparações com modelos onde há a formação de núcleo composto e \"orbiting\" nuclear e os resultados obtidos são consistentes com os dados experimentais.Binary decay cross section measurements have been performed for the system 16O + 10B at 22 MeV < EC.M. < 24.5 MeV (EC.M. ~ 20 KeV) and 17 MeV < EC.M. < 25 MeV (EC.M. ~ 190 KeV ) and for the system 19F + 12C at 22 MeV < EC.M. < 24.5 MeV (EC.M. ~ 20 KeV). The binary fragments were identified by the kinematic coincidence technique. The excitation functions for these systems show strong fluctuations and their average widths were obtained through the analysis of energy correlation functions. The small widths observed for the 16O + 10B (about 20 KeV) and 19F + 12C (about 40 KeV) systems show a constant behavior with the fragments excitation energy and scattering angle. These widths correspond to an intermediate system time scale of about 2 x 10-20 s which is larger than its revolution time. These features suggest the presence of the fusion-fission mechanism, where the compound nucleus spends a lot of time to acquire a relaxed form and thermal equilibrium. For the 16O + 10B system, larger widths (about 350 KeV) were also observed which are related to a faster process. These widths show a clear dependence with the scattering angle in the elastic scattering channel. These aspects are expected for a process where the time scale is comparable to the intermediate system revolution time, like an orbiting mechanism. Theoretical predictions for fusion-fission and orbiting mechanisms were compared to the experimental results and a good agreement was observed
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