Digital Compasses Calibration in KM3NeT

Abstract

La colaboración KM3NeT es el equipo mas grande de científicos e ingenieros operando la mas grande infraestructura de investigación multipropósito, multidisciplinar submarina en el fondo del Mar Mediterráneo, incorporando una red de telescopios de neutrinos de nueva generación y dispositivos dedicados a ciencias multidisciplinarias. KM3NeT está actualmente escalando dos detectores de neutrinos de gran volumen (~km^3), compartiendo la misma tecnología pero con diferentes diseños y objetivos científicos. Estos detectores son los llamados ORCA (investigación de oscilación con cósmicos en el abismo) y ARCA (investigación de astropartículas con cósmicos en el abismo). ARCA se encuentra en el sitio KM3NeT-It (Capo Passero, Italia) y ORCA está en el sitio KM3NeT-Fr (Toulon, Francia). El principio de detección se basa en el registro de la luz de Cherenkov, inducida por partículas cargadas relativistas producidas en interacciones de neutrinos al cruzar los detectores. Cada detector comprende una matriz tridimensional (3D) de unidades de detección (DU), en un diseño modular. Cada DU comprende 18 módulos ópticos digitales (DOMs), y cada DOM contiene 31 tubos fotomultiplicadores (PMT) de 3 pulgadas, responsables de registrar la luz Cherenkov. Cada DOM recopila información que permite la reconstrucción de la dirección, energía y tiempo relacionado a eventos de neutrinos. Los detectores funcionan en el modo all-data-to-shore de transferencia de datos para el análisis posterior de esta información.

Conocer la orientación de cada DOM es crucial para determinar la direccionalidad de los eventos de interés en KM3NeT. Dentro de cada DOM específicamente en la llamada CLB, se integra una brújula digital compuesta por un acelerómetro 3D y un magnetómetro 3D, a cargo de la lectura de inclinación y orientación (Yaw, Pitch y Roll). En el presente trabajo, se definió un procedimiento de calibración para el subsistema de posicionamiento de la brújula, identificando los parámetros de calibración necesarios para mitigar las incertidumbres vinculadas al dispositivo. Además, se realiza un estudio crudo acerca de la estimación de incertidumbres para el subsistema de posicionamiento de brújulas de KM3NeT y se propone una parametrización preliminar. Como resultado, se verifica que se cumple la orientación requerida para cumplir con los objetivos físicos de KM3NeT: la precisión de la orientación debe ser menor a 3.5°, esencial para garantizar la reconstrucción óptima de eventos tipo-neutrino a partir de la reconstrucción sus trayectorias. El análisis de datos en este trabajo apunta a una precisión de orientación mejorada.