The Compton Spectrometer and Imager

The Compton Spectrometer and Imager (COSI) is a NASA Small Explorer (SMEX) satellite mission in development with a planned launch in 2027. COSI is a wide-field gamma-ray telescope designed to survey the entire sky at 0.2-5 MeV. It provides imaging, spectroscopy, and polarimetry of astrophysical sources, and its germanium detectors provide excellent energy resolution for emission line measurements. Science goals for COSI include studies of 0.511 MeV emission from antimatter annihilation in the Galaxy, mapping radioactive elements from nucleosynthesis, determining emission mechanisms and source geometries with polarization measurements, and detecting and localizing multimessenger sources. The instantaneous field of view for the germanium detectors is >25% of the sky, and they are surrounded on the sides and bottom by active shields, providing background rejection as well as allowing for detection of gamma-ray bursts and other gamma-ray flares over most of the sky. In the following, we provide an overview of the COSI mission, including the science, the technical design, and the project status.Comment: 8 page

The cosipy library: COSI's high-level analysis software

The Compton Spectrometer and Imager (COSI) is a selected Small Explorer (SMEX) mission launching in 2027. It consists of a large field-of-view Compton telescope that will probe with increased sensitivity the under-explored MeV gamma-ray sky (0.2-5 MeV). We will present the current status of cosipy, a Python library that will perform spectral and polarization fits, image deconvolution, and all high-level analysis tasks required by COSI's broad science goals: uncovering the origin of the Galactic positrons, mapping the sites of Galactic nucleosynthesis, improving our models of the jet and emission mechanism of gamma-ray bursts (GRBs) and active galactic nuclei (AGNs), and detecting and localizing gravitational wave and neutrino sources. The cosipy library builds on the experience gained during the COSI balloon campaigns and will bring the analysis of data in the Compton regime to a modern open-source likelihood-based code, capable of performing coherent joint fits with other instruments using the Multi-Mission Maximum Likelihood framework (3ML). In this contribution, we will also discuss our plans to receive feedback from the community by having yearly software releases accompanied by publicly-available data challenges

Analyse des données de l'expérience SoLiD : mesure du spectre antineutrino à BR2 et recherche d'oscillations vers un neutrino stérile

The SoLid experiment (Search for Oscillations with a Lithium-6 detector) aims to measure the anti-neutrino flux near a research reactor (BR2, SCK-CEN, Belgium). The first objective is to probe the "reactor" anomaly and to test the hypothesis of the existence of "light" sterile neutrino(s) (Delta m2~1eV2). Secondly, the measurement of the energy spectrum of neutrinos induced by the fission of uranium 235 will offer new constraints and will allow to probe the "gallium" anomaly. The 1.6 ton detector, segmented into 12800 detection cubes of 5x5x5 cm3, is based on a new technology using two scintillators (PVT and ZnS) read by MPPCs. After a contextualization of the physical motivations that led to the search for a new neutrino flavor and a detailed description of the detector, this manuscript describes the data quality of the SoLid phase 1 corresponding to 287 days of reactor-ON. The selections of different backgrounds to characterize the detector response will then be presented. The next part describes the statistical methods used to constrain the parameter space of oscillation to a sterile neutrino in the framework of very short baseline experiments. Finally, the last part presents a first preliminary oscillation analysis from the phase 1 data using a Bayesian method.L'expérience SoLid (Search for Oscillations with a Lithium-6 detector) a pour but de mesurer le flux d'anti-neutrino à proximité d'un réacteur de recherche (BR2, SCK-CEN, Belgique). Le premier objectif est de sonder l'anomalie "réacteur" et de tester l'hypothèse de l'existence de neutrino(s) stérile(s) "léger(s)" (Delta m2~1eV2). En second lieu, la mesure du spectre en énergie des neutrinos induit par la fission de l'uranium 235 offrira de nouvelles contraintes et permettra de sonder l'anomalie "gallium". Le détecteur d'une masse de 1,6 tonne, segmenté en 12800 cubes de détection de 5x5x5 cm3, repose sur une nouvelle technologie basée sur l'utilisation de deux scintillateurs (PVT et ZnS) luent par des MPPCs. Après une mise en contexte des motivations physique qui ont poussées à la recherche d'une nouvelle saveur de neutrino et une description détaillée du détecteur, ce manuscrit décrit la qualité des données de la phase 1 de SoLid correspondant à 287 jours de réacteur ON. Les sélections de différents bruit de fond afin de caractériser la réponse du détecteur seront ensuite présentées. La partie suivante décrit les méthodes statistiques utilisées pour contraindre l'espace des paramètres d'oscillation vers un neutrino stérile dans le cadre d'expérience à très courte distance. Enfin, la dernière partie présente une première analyse préliminaire d'oscillation à partir des données de la phase 1 en utilisant une méthode bayésienne

Analysis of SοLiD experiment data : measurement of the antineutrinο spectrum at ΒR2 and research for οscillatiοns to a sterile neutrinο

L'expérience SoLid (Search for Oscillations with a Lithium-6 detector) a pour but de mesurer le flux d'anti-neutrino à proximité d'un réacteur de recherche (BR2, SCK-CEN, Belgique). Le premier objectif est de sonder l'anomalie "réacteur" et de tester l'hypothèse de l'existence de neutrino(s) stérile(s) "léger(s)" (Delta m2~1eV2). En second lieu, la mesure du spectre en énergie des neutrinos induit par la fission de l'uranium 235 offrira de nouvelles contraintes et permettra de sonder l'anomalie "gallium". Le détecteur d'une masse de 1,6 tonne, segmenté en 12800 cubes de détection de 5x5x5 cm3, repose sur une nouvelle technologie basée sur l'utilisation de deux scintillateurs (PVT et ZnS) luent par des MPPCs. Après une mise en contexte des motivations physique qui ont poussées à la recherche d'une nouvelle saveur de neutrino et une description détaillée du détecteur, ce manuscrit décrit la qualité des données de la phase 1 de SoLid correspondant à 287 jours de réacteur ON. Les sélections de différents bruit de fond afin de caractériser la réponse du détecteur seront ensuite présentées. La partie suivante décrit les méthodes statistiques utilisées pour contraindre l'espace des paramètres d'oscillation vers un neutrino stérile dans le cadre d'expérience à très courte distance. Enfin, la dernière partie présente une première analyse préliminaire d'oscillation à partir des données de la phase 1 en utilisant une méthode bayésienne.The SoLid experiment (Search for Oscillations with a Lithium-6 detector) aims to measure the anti-neutrino flux near a research reactor (BR2, SCK-CEN, Belgium). The first objective is to probe the "reactor" anomaly and to test the hypothesis of the existence of "light" sterile neutrino(s) (Delta m2~1eV2). Secondly, the measurement of the energy spectrum of neutrinos induced by the fission of uranium 235 will offer new constraints and will allow to probe the "gallium" anomaly. The 1.6 ton detector, segmented into 12800 detection cubes of 5x5x5 cm3, is based on a new technology using two scintillators (PVT and ZnS) read by MPPCs. After a contextualization of the physical motivations that led to the search for a new neutrino flavor and a detailed description of the detector, this manuscript describes the data quality of the SoLid phase 1 corresponding to 287 days of reactor-ON. The selections of different backgrounds to characterize the detector response will then be presented. The next part describes the statistical methods used to constrain the parameter space of oscillation to a sterile neutrino in the framework of very short baseline experiments. Finally, the last part presents a first preliminary oscillation analysis from the phase 1 data using a Bayesian method

Analyse des données de l'expérience SoLiD : mesure du spectre antineutrino à BR2 et recherche d'oscillations vers un neutrino stérile

The SoLid experiment (Search for Oscillations with a Lithium-6 detector) aims to measure the anti-neutrino flux near a research reactor (BR2, SCK-CEN, Belgium). The first objective is to probe the "reactor" anomaly and to test the hypothesis of the existence of "light" sterile neutrino(s) (Delta m2~1eV2). Secondly, the measurement of the energy spectrum of neutrinos induced by the fission of uranium 235 will offer new constraints and will allow to probe the "gallium" anomaly. The 1.6 ton detector, segmented into 12800 detection cubes of 5x5x5 cm3, is based on a new technology using two scintillators (PVT and ZnS) read by MPPCs. After a contextualization of the physical motivations that led to the search for a new neutrino flavor and a detailed description of the detector, this manuscript describes the data quality of the SoLid phase 1 corresponding to 287 days of reactor-ON. The selections of different backgrounds to characterize the detector response will then be presented. The next part describes the statistical methods used to constrain the parameter space of oscillation to a sterile neutrino in the framework of very short baseline experiments. Finally, the last part presents a first preliminary oscillation analysis from the phase 1 data using a Bayesian method.L'expérience SoLid (Search for Oscillations with a Lithium-6 detector) a pour but de mesurer le flux d'anti-neutrino à proximité d'un réacteur de recherche (BR2, SCK-CEN, Belgique). Le premier objectif est de sonder l'anomalie "réacteur" et de tester l'hypothèse de l'existence de neutrino(s) stérile(s) "léger(s)" (Delta m2~1eV2). En second lieu, la mesure du spectre en énergie des neutrinos induit par la fission de l'uranium 235 offrira de nouvelles contraintes et permettra de sonder l'anomalie "gallium". Le détecteur d'une masse de 1,6 tonne, segmenté en 12800 cubes de détection de 5x5x5 cm3, repose sur une nouvelle technologie basée sur l'utilisation de deux scintillateurs (PVT et ZnS) luent par des MPPCs. Après une mise en contexte des motivations physique qui ont poussées à la recherche d'une nouvelle saveur de neutrino et une description détaillée du détecteur, ce manuscrit décrit la qualité des données de la phase 1 de SoLid correspondant à 287 jours de réacteur ON. Les sélections de différents bruit de fond afin de caractériser la réponse du détecteur seront ensuite présentées. La partie suivante décrit les méthodes statistiques utilisées pour contraindre l'espace des paramètres d'oscillation vers un neutrino stérile dans le cadre d'expérience à très courte distance. Enfin, la dernière partie présente une première analyse préliminaire d'oscillation à partir des données de la phase 1 en utilisant une méthode bayésienne

Analyse des données de l'expérience SoLiD : mesure du spectre antineutrino à BR2 et recherche d'oscillations vers un neutrino stérile

The SoLid experiment (Search for Oscillations with a Lithium-6 detector) aims to measure the anti-neutrino flux near a research reactor (BR2, SCK-CEN, Belgium). The first objective is to probe the "reactor" anomaly and to test the hypothesis of the existence of "light" sterile neutrino(s) (Delta m2~1eV2). Secondly, the measurement of the energy spectrum of neutrinos induced by the fission of uranium 235 will offer new constraints and will allow to probe the "gallium" anomaly. The 1.6 ton detector, segmented into 12800 detection cubes of 5x5x5 cm3, is based on a new technology using two scintillators (PVT and ZnS) read by MPPCs. After a contextualization of the physical motivations that led to the search for a new neutrino flavor and a detailed description of the detector, this manuscript describes the data quality of the SoLid phase 1 corresponding to 287 days of reactor-ON. The selections of different backgrounds to characterize the detector response will then be presented. The next part describes the statistical methods used to constrain the parameter space of oscillation to a sterile neutrino in the framework of very short baseline experiments. Finally, the last part presents a first preliminary oscillation analysis from the phase 1 data using a Bayesian method.L'expérience SoLid (Search for Oscillations with a Lithium-6 detector) a pour but de mesurer le flux d'anti-neutrino à proximité d'un réacteur de recherche (BR2, SCK-CEN, Belgique). Le premier objectif est de sonder l'anomalie "réacteur" et de tester l'hypothèse de l'existence de neutrino(s) stérile(s) "léger(s)" (Delta m2~1eV2). En second lieu, la mesure du spectre en énergie des neutrinos induit par la fission de l'uranium 235 offrira de nouvelles contraintes et permettra de sonder l'anomalie "gallium". Le détecteur d'une masse de 1,6 tonne, segmenté en 12800 cubes de détection de 5x5x5 cm3, repose sur une nouvelle technologie basée sur l'utilisation de deux scintillateurs (PVT et ZnS) luent par des MPPCs. Après une mise en contexte des motivations physique qui ont poussées à la recherche d'une nouvelle saveur de neutrino et une description détaillée du détecteur, ce manuscrit décrit la qualité des données de la phase 1 de SoLid correspondant à 287 jours de réacteur ON. Les sélections de différents bruit de fond afin de caractériser la réponse du détecteur seront ensuite présentées. La partie suivante décrit les méthodes statistiques utilisées pour contraindre l'espace des paramètres d'oscillation vers un neutrino stérile dans le cadre d'expérience à très courte distance. Enfin, la dernière partie présente une première analyse préliminaire d'oscillation à partir des données de la phase 1 en utilisant une méthode bayésienne

The Compton Spectrometer and Imager

International audienceThe Compton Spectrometer and Imager (COSI) is a NASA Small Explorer (SMEX) satellite mission in development with a planned launch in 2027. COSI is a wide-field gamma-ray telescope designed to survey the entire sky at 0.2-5 MeV. It provides imaging, spectroscopy, and polarimetry of astrophysical sources, and its germanium detectors provide excellent energy resolution for emission line measurements. Science goals for COSI include studies of 0.511 MeV emission from antimatter annihilation in the Galaxy, mapping radioactive elements from nucleosynthesis, determining emission mechanisms and source geometries with polarization measurements, and detecting and localizing multimessenger sources. The instantaneous field of view for the germanium detectors is >25% of the sky, and they are surrounded on the sides and bottom by active shields, providing background rejection as well as allowing for detection of gamma-ray bursts and other gamma-ray flares over most of the sky. In the following, we provide an overview of the COSI mission, including the science, the technical design, and the project status

The cosipy library: COSI's high-level analysis software

International audienceThe Compton Spectrometer and Imager (COSI) is a selected Small Explorer (SMEX) mission launching in 2027. It consists of a large field-of-view Compton telescope that will probe with increased sensitivity the under-explored MeV gamma-ray sky (0.2-5 MeV). We will present the current status of cosipy, a Python library that will perform spectral and polarization fits, image deconvolution, and all high-level analysis tasks required by COSI's broad science goals: uncovering the origin of the Galactic positrons, mapping the sites of Galactic nucleosynthesis, improving our models of the jet and emission mechanism of gamma-ray bursts (GRBs) and active galactic nuclei (AGNs), and detecting and localizing gravitational wave and neutrino sources. The cosipy library builds on the experience gained during the COSI balloon campaigns and will bring the analysis of data in the Compton regime to a modern open-source likelihood-based code, capable of performing coherent joint fits with other instruments using the Multi-Mission Maximum Likelihood framework (3ML). In this contribution, we will also discuss our plans to receive feedback from the community by having yearly software releases accompanied by publicly-available data challenges

The Compton Spectrometer and Imager

8 pagesInternational audienceThe Compton Spectrometer and Imager (COSI) is a NASA Small Explorer (SMEX) satellite mission in development with a planned launch in 2027. COSI is a wide-field gamma-ray telescope designed to survey the entire sky at 0.2-5 MeV. It provides imaging, spectroscopy, and polarimetry of astrophysical sources, and its germanium detectors provide excellent energy resolution for emission line measurements. Science goals for COSI include studies of 0.511 MeV emission from antimatter annihilation in the Galaxy, mapping radioactive elements from nucleosynthesis, determining emission mechanisms and source geometries with polarization measurements, and detecting and localizing multimessenger sources. The instantaneous field of view for the germanium detectors is >25% of the sky, and they are surrounded on the sides and bottom by active shields, providing background rejection as well as allowing for detection of gamma-ray bursts and other gamma-ray flares over most of the sky. In the following, we provide an overview of the COSI mission, including the science, the technical design, and the project status