Of-Axis前置検出器を用いたT2K実験 ニュートリノビーム測定 2011/03/26 関西高エネルギー発表会, 大阪大学 矢野孝臣 原俊雄 鈴木州 青木茂樹A 家城佳B 南野彰宏B 中 家剛B 他T2K-SMRDグループ 神大理 神大発A 京大理B 1
T2K実験とは T2K実験 東海-神岡295km 長基線ニュートリノ振動実験 T2K実験の目的 1. νe appearanceの探索 T2K俯瞰図 νe SK 295km J-PARC θ13 の測定 (感度 sin 2θ13>0.006) P(νμ νe) = s223sin22θ13sin2(1.267δm213l/e) 2 2. νµ disappearanceの精密測定 νμ 実験施設 検出器 θ23, Δm の測定 ビーム源 J-PARC 30GeV PS 2 2-4 2 (精度δ(sin 2θ23)~0.01, δ(δm 23)~10 ev ) 前置検出器 ND280 Of-Axis, INGRID P(νμ ντ) = 後置検出器 Super Kamiokande 2 2 2 sin 2θ23sin (1.267Δm 23L/E) 2 23 J-PARC, SK 二地点のフレーバー エネルギー フラックスを比較し ニュートリノ振動パラメータを決定 2
ND280 Of-Axis検出器 Off-Axis NC(νμ+ n π0+νμ+ n)測定 (P0D) 構造 CC(νμ+ n μ + p)測定 (FGD, TPC) SK ν beam INGRID P0D Tracker UA1電磁石 (0.2T Dipole) 大角度散乱μのE測定 (SMRD, ECAL) 目的 ニュートリノターゲット下流280mにおける 振動前SK方向νビームのE,フラックス,フレーバー測定 3
Side Muon Range Detector SMRD Module 3~6層構造 ν beam 鉄 4.8cm プラスチックシンチレータ 0.7cm 目的 ν反応による大角度散乱μのエネルギー測定 大角度生成粒子のPID Horizontal キャリブレーション用宇宙線トリガー Vertical 248mod. 192mod. バックグラウンドイベント検出(宇宙線等) 4
ニュートリノ反応解析 ニュートリノ反応解析で重要なパラメータ 反応数 N ニュートリノフラックスの決定 ミューオン運動量 p ミューオン放出角 θ エネルギースペクトラムの決定 ニュートリノ反応解析で重要な反応 Charged-Current Quasi-Elastic反応 νμ+ n μ + p 二体反応であり p, θからνのエネルギーを決定出来る ニュートリノエネルギー再構成の式 mμ ミューオン質量, pμミューオン運動量 θμミューオン放出角, mp 陽子質量, EB 核子の束縛エネルギー 5
既存の解析 (FGD-TPC) N [ bin 幅0.04 ] 既存の解析 FGDを標的とし TPCで運動量pを測定出来るイベントを 抽出 使用 νイベント模式図 FGD TPC ν μ cosθ FGD Fiducial Volume内CC反応からのミューオン放出角 黒 FGD Fv内での全CC反応 赤 現在の解析で用いられる反応 6
既存の解析 (FGD-TPC) N [ bin 幅0.04 ] 既存の解析 FGDを標的とし TPCで運動量pを測定出来るイベントを 抽出 使用 νイベント模式図 FGD TPC ν μ 大角度領域 cosθ 既存の手法では 大角度の領域のエフィシエンシが小さい SMRDを用いることによってこの領域の解析を行う 7
SMRD イベント抽出 SMRD イベント 抽出 CCQE反応を保持し SMRD情報を使用できるイベントを抽出 するため 以下のイベントセレクトを適用 (赤 TPCセレクト) FGD FV内反応, FGD Track >= 1 4756 Event ( 4267 Event Expected with MC ) TPC Trackなし 2313 Event ( 1729 Ev. ) TPC Trackあり 2443 Event ( 2538 Ev. ) SMRD イベントの抽出 ミューオンイベントの抽出 飛跡数1or2, SMRDを含む飛跡>=1 Meaningful Exit Position info. ( Max p track, q > 0, p > 50MeV, Particle ID Mu ) 126 Event ( 135 Ev. ) 1010 Event ( 1008 Ev. ) 実データ 2010年前期のうち2.55e19POT分を使用(全体の~89%) MC 1e20POTを使用 (MCP2, Magnet) 8
SMRD イベント解析 SMRD イベント 解析 ミューオン放出角θ FGD内情報を利用 ミューオン運動量p SMRD内の粒子の飛程からEDepを算出 ミューオンを仮定して運動量を求める SMRDシンチカウンター, 0.7mm θ ν μ FGD, Fiducial Volume Yoke 1 layer θ' L Magnet 4.8 cm Iron+1.7 cm Air Edep = SMRD内Edep + FGD内Edep + 電磁石コイル内Edep = { (L (AirGap長))/sinθ' 7.874 [g/cm 3] + FGD内飛程 x 1.0 [g/cm3] + 5.4 [cm]/sinθ' 2.699 [g/cm3] } 2.0 [MeV cm 2/g] 飛跡の角度θ'はFGDからのExitPoint座標とSMRD内終座標を用いて算出 9
運動量再構成 運動量再構成の結果 平均値 500MeV/c (MCTrue 509) ミューオンの割合 81% CCQE反応の割合 70% MCから運動量の誤差は+-51% N [ (2.55e19POT)^-1 ] bin幅100mev/c Reconstructed Momentum Distribution for SMRD Event データ 再構成運動量 青 MC 再構成運動量 マ MC Trueの運動量 POT Normalized (True値のヒストグラムは p<100のbinを除いて再規格化 ) P [MeV/c] 10
放出角再構成 放出角再構成の結果 CosTheta~0.6近辺を抽出 MCから精度はδθ=+-0.03 MC Trueと180度逆に再 構成されているものがある 今後精査 N [ (2.55e19POT)^-1 ] bin幅0.04 Reconstructed CosTheta Distribution for SMRD Event データ 再構成放出角 青 MC 再構成放出角 マ MC Trueの放出角 POT Normalized. True値はp>100で再規格化 cosθ 11
FGD-TPC解析との比較 -1Reconstructed Momentum for TPC Event FGD - TPC SMRD 統計数 1010 126 ミューオン 87% 割合 CCQE 50% 割合 運動量 50MeV~ 測定領域 5GeV 放出角 0.2~1 測定領域 @cosθ 運動量 ± 9.3% 分解能 81% 70% 100Me 1GeV 0.2~0.8 @cosθ ± 45% N [ (2.55e19POT)^-1 ] bin幅100mev/c FGD-TPCとの比較 データ 再構成運動量 赤 MC 再構成運動量 マ MC Trueの運動量 P [MeV/c] Reconstructed Momentum for SMRD Event データ 再構成運動量 青 MC 再構成運動量 マ MC Trueの運動量 P [MeV/c] 12
TN15との比較 -2- N [ (2.55e19POT)^-1 ] bin幅0.04 ミューオン放出角分布 cosθ = 0.2-0.5の領域について FGD-TPCのみの場合に 比して統計を二倍にすることができる Reconstructed CosTheta Distribution 黒 赤 青 緑 FGDFV Cc反応 (MC) FGD-TPC解析 FGD-SMRD解析 赤+青 cosθ 13
νエネルギー再構成 MC True NuEnergy, FGD Start 黒 FGD FV CC 赤 FGD - TPC 青 FGD - SMRD Recon NuEnergy, TPC データ 再構成運動量 赤 MC 再構成運動量 マ MC Trueの運動量 1010 Event (Data) 1008 Event (MC) Recon NuEnergy, SMRD データ 再構成運動量 青 MC 再構成運動量 マ MC Trueの運動量 126 Event (Data) 135 Event (MC) νエネルギー再構成 SMRD部分の強度 (Data/MC) = 0.93 ± 0.10 TPC部分の強度 (Data/MC) = 1.00 ± 0.04 合算 = 0.99 ± 0.03 (統計誤差のみ) 公式値 14
Summary T2K ND280前置検出器の一部であるSMRDを用い FGD内で反応 した大角度散乱ミューオンの抽出 解析を行った SMRD内での飛程からエナジーデポジットを用い ミューオンの運動 量を測定した MCより 運動量の誤差は±51%と見積もられる 2.55e19POT分のデータに対し FGD-SMRDイベント数として 126 Event (Data)を得た これは既存のFGD-TPC解析手法で得られたイベント数の10%に相当 し 特にCosTheta = 0.2 0.5領域において 統計数を倍にするこ とが出来る Data/MC Rate として FGD-TPC 1.00±0.04, FGD-SMRD 0.93±0.10, Total 0.99±0.04を得た 今後の展望 エナジーデポジット算出式の見直し Mcに対し 現在使用されているウェイティングを適用 SMRD情報を用いたData/MCの更新 15
Slide Candidate 16
既存の解析 N [ bin 幅0.04 ] 既存の解析 FGDを標的とし TPCで運動量pを測定出来るイベントを 抽出 使用 νイベント模式図 FGD TPC ν μ cosθ FGD Fiducial Volume内CC反応からのミューオン放出角 黒 FGD Fv内での全CC反応 赤 既存の解析 青 本発表 緑 青+赤 17
既存の解析 N [ bin 幅0.04 ] 既存の解析 FGDを標的とし TPCで運動量pを測定出来るイベントを 抽出 使用 νイベント模式図 FGD TPC ν μ 大角度領域 cosθ 既存の手法では 大角度の領域のエフィシエンシが小さい SMRDを用いることによってこの領域の解析を行う 18
Back Up 19
Muon Pull, Electron Pull PID Pull MuPull-1 <2 ELPull-1 > 2 20
T2Kニュートリノビーム T2K実験 ニュートリノビーム模式図 p π μ + ν 30GeV PS 0m TARGET, HORN 120m 280m MUMON ND280 Of-Axisビーム Beam軸-SK方向間角度(Of-Axis Angle)を設定 SK方向ν beamのエネルギー分布を最適化 高エネルギーν反応によるν 検出BGを抑制 e Off-Axis Angle 295km SK Off-Axis Angleによる νfluxの変化 νµ disapperanceの確率を最大化 振動 P(νμ ντ) = sin22θ23sin2(1.267δm223l/e) 条件 L=295km, Δm223 2.4 x 10-3 ev2 Eν 0.6 GeVで振動確率が最大 Of-Axis Angle = 2.5 に設定 21
Neutrino Beam Energy Neutrino Beam Energy at J-PARC(ND280) MCに用いられた値 sin2(2θ13)=1.0 Δm223=2.7x10-3eV2 Neutrino Beam Energy at Super-K Ratio (SK/ND280) 22
Used Data run 31 34, 2470 subruns 2.556e+19 POT All Data run 31 34, 2672 subruns 2.88e+19 POT 23
FGD TPC ( True Mom Rec Mom ) / Rec Mom, Sigma 0.09 24
FGD TPC ( True CosTheta Rec CosTheta ) / Rec CosTheta, RMS 0.02 25
FGD SMRD ( True CosTheta Rec CosTheta ) / Rec CosTheta, Sigma 0.51 26
FGD SMRD ( True CosTheta Rec CosTheta ) / Rec CosTheta, Sigma 0.03 27
sqrt(1/3953.+1/1010.) =3.52572182099858203e-02 sqrt(1/530.+1/126.) =9.91125642355101394e-02 28
TN15 Criteria MC Cut History Total Spills At Least 1 Track in FGD No Track in TPC1 At Least 1 Track TPC2 Within FGD1 FV q < 0 and p > 50 MeV/c PID Cut At Least 1 Track TPC3 Within FGD2 FV q < 0 and p > 50 MeV/c PID Cut SMRD Hit ---------------------1346319 (100%) ---------------------131719 (9.78364%) ---------------------70834 (5.26131%) ---------------------41470 (3.08025%) 5790 (0.430062%) 3547 (0.263459%) 2160 (0.160437%) ---------------------19181 (1.4247%) 4162 (0.309139%) 2703 (0.20077%) 1793 (0.133178%) ---------------------1003 (0.0744994%) ---------------------29
TN15 Criteria Data Cut History Total Spills At Least 1 Track in FGD No Track in TPC1 At Least 1 Track TPC2 Within FGD1 FV q < 0 and p > 50 MeV/c PID Cut At Least 1 Track TPC3 Within FGD2 FV q < 0 and p > 50 MeV/c PID Cut SMRD Hit ---------------------896109 (100%) ---------------------64635 (7.21285%) ---------------------25509 (2.84664%) ---------------------15667 (1.74834%) 1564 (0.174532%) 948 (0.105791%) 664 (0.0740981%) ---------------------6242 (0.696567%) 879 (0.0980907%) 514 (0.0573591%) 346 (0.0386114%) ---------------------231 (0.0257781%) ---------------------30
SMRD Criteria MC Cut History Total Spills At Least 1 Track in FGD No Track in TPC1 No Track in TPC2 Within FGD1 FV, No TPC 1 or 2 Track Required At Least 1Track in SMRD No Track in TPC3 Within FGD2 FV, No TPC 1 or 2 Track Required At Least 1Track in SMRD SMRD Hit in The Track ---------------------1346319 (100%) ---------------------131719 (9.78364%) ---------------------70834 (5.26131%) ---------------------29364 (2.18106%) 5109 (0.379479%) 1878 (0.139491%) 459 (0.034093%) ---------------------10183 (0.756359%) 1673 (0.124265%) 711 (0.0528107%) 149 (0.0110672%) ---------------------530 (0.0393666%) ---------------------31
SMRD Criteria Data Cut History Total Spills At Least 1 Track in FGD No Track in TPC1 No Track in TPC2 Within FGD1 FV, No TPC 1 or 2 Track Required At Least 1Track in SMRD No Track in TPC3 Within FGD2 FV, No TPC 1 or 2 Track Required At Least 1Track in SMRD SMRD Hit in The Track ---------------------896109 (100%) ---------------------64635 (7.21285%) ---------------------25509 (2.84664%) ---------------------9842 (1.0983%) 1636 (0.182567%) 762 (0.0850343%) 119 (0.0132796%) ---------------------3600 (0.401737%) 677 (0.0755488%) 320 (0.0357099%) 33 (0.00368259%) ---------------------126 (0.0140608%) 32