OPERA 実験における ECC 中での電磁成分の解析

特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会 2011

名古屋大学 F 研　北川暢子

CERN SPS

732km

OPERA の目的 :

長基線ニュートリノビームライン CNGS で νμ→ντ 振動をアピアランス法で検証する。

Appearance

%7.1~27.1sin2sin~ 2322

232

E

LmP τμ　

( Δm232 = (2.43±0.13)×10-3 eV2 , sin22θ23 = 1.0, L/E = 43km/GeV) 　

[ Phys.Rev.Lett.101:131802,2008.]

CNGS, conventional, pure beam

Underground Laboratory

INFN Gran Sasso

< E > 　　 17 GeV (e + e) / 　　　　　　 0.87 % / 　 2.2 % prompt 　 negligible

5 年間に計 22.5×1019POT 相当のニュートリノを照射、 1.25kton の標的に約 24,000 反応を蓄積する予定。期待される τ ニュートリノ反応の同定数は約 10 個。

The OPERA Detector

ν

CS

125mm

100mm

75.4mm

8.3kg

Neutrino Beam

57 枚　 OPERA フィルム ( 飛跡検出 ) 56 枚　 1mm 鉛板 ( ニュートリノ標的 )を積層した構造

1ECC 当たりの物質量は 10X0

ECC内で電子シャワーの発達・収束が見える

CS

ECC

電子の飛跡を用いたニュートリノ反応点探索

10~20　plates　upstream

CSECC

ニュートリノ反応点探索は主に Scan Back 法＝ CS で見つけた飛跡を元に ECC 中に繋げて上流へと追い上げる

電子シャワーの辿り着いた付近並びに上流のプレートをスキャンして飛跡の再構成を行う

(a) 上流で VTX が見つかった　 >> 　追い上げた電子シャワーは 0→2 かかかかかかかかか(b) 電子シャワーと同じプレートで VTX が見つかった >> eCC 反応

(a)

(b)

電子ニュートリノ反応の探索

・現在、 2556 個 (2008+2009+2010 の一部 ) の CC （ mu 付き）イベントに対し　 14 個の電子ニュートリノ反応候補が見つかっている

・ 14 個のうち 12 個が、 CS での電子シャワーの飛跡を SB して VTX に辿り着いた

電子ニュートリノ反応と同定するには、反応点から生じる全ての粒子を約 20プレートの follow down(下流に向かって追い下げる )、またはnetscan(1~2cm2)をし、電子同定をしなければならない

しかし、これは手間が掛かり、 location と平行して全ての 0mu イベントに対し行うことは難しい

＜本研究の目的＞検出効率を落とさず、効率良く電子ニュートリノ反応候補の選び出しを行う

探索方法１NC-like (0mu)イベントの CSに電子シャワーの塊があるものに着目

Sample 1 Sample 2

TT

CS

CS でのシャワートラックの本数と vtx の深さの関係

vtx plate No.

beam

半径： 2mm 　角度差： 150mrad　条件を満たす最大のトラック本数

探索方法２反応点から生じた二次粒子をその角度と位置を使って、 CS上に延長する電子ニュートリノ反応により生成される 1ry electron は high energy なため、CS に延長した先に電子シャワーの塊が見れるはず

イメージ図

VTX の位置VTX plate から始まる飛跡VTX plate の 1 枚下流から始まる飛跡VTX plate の 2 枚以上下流から始まる飛跡

それぞれを CS上に延長した場所を表す

探索方法２

Z-projection

X-projection

CSでのシャワーの中心値と 1ryトラックを CSに延長した位置とのずれ

Pi0 からの shower の例

Selection 効率

Selection の条件

①CS で r<2mm,<150mrad となるトラックの集団をカウントする② 其の数が 4 本以上となるイベントを選ぶ③ さらに、二次粒子を CS 上に延長し、 その位置と①で選ばれたトラック集団の中心値との位置ズレ dr<2.5mm のイベントを選ぶ

MC による効率の見積もりeCC DIS 553 → 409 ~ 0.74NC 526 → 46 ~ 0.09

かかかかかかかかかかかか BG

preliminary

BG となるイベント

1micron

顕微鏡で見た電子対の画像

emulsion

emulsion

TACbase0.002Xo

γ

290um

Gamma-ray

OPERA film

OPERA film中での近接する電子対の見え方

BG となるイベント

Eye check により Target となる飛跡と並走するもう１本の飛跡を見つけた　　　　　　　　　　　↓　　　　　 eCC 反応の 1ry 電子　 × 0→2→e+ e- 　　○

kinematical cut

＊ 1ry VTX から生じる電子の飛跡に対し、 1GeV 以上を要求する　　　＝ 1st lead plate 中で convert した soft γ を排除する

NC-like 238 イベント中の 709 gamma について (MC) (theta <0.6)

1st lead plate 中で convert する γ 線の内　生じた電子対の一方でも E>1GeV 　に受かる γ→e+ e- は 8γ

E1(GeV) E2(GeV) 角度差 (rad) 位置ずれ (um)1.19 　　　　 1.01 　　　　　 0.0060 　 1.171.04 　　　　 1.04 　　　　　 0.0107 　　　　2.743.21 　　　　 1.74 　　　　　 0.0002 　　　　0.522.45 　　　　 1.02 　　　　　 0.0018 　　　　0.630.06 　　　　 1.23 　　　　　 0.0691 　　　　7.522.16 　　　　 0.09 　　　　 0.0806 　　　　10.960.41 　　　　 5.32 　　　　　 0.0090 　　　　2.040.72 　　　　 1.37 　　　　　 0.0051 　　　　1.93

電子対と同定するのは難しい

preliminaryBG : 2/238~ 0.8%

Ref: “CNGS neutrino beam from CERN to Gran Sasso” Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 168 (2007) 169-172

visible energy 20GeV 以上

Beam e / oscillated e

(e + e) / 0.87 %

（ MC)

まとめと展望

現在、 2556 個 (2008+2009+2010 の一部 ) の CC （ mu 付き）イベントに対し14 個の電子ニュートリノ反応候補が見つかっている

CS の情報を用いて効率的に電子ニュートリノ反応候補の選び出せることを示した

267 個の 0mu イベントに対し電子ニュートリノ反応候補の選び出しと候補イベントからの同定を行っている

かかかかかかかかかかかか BG のスタディーを行っている

電子ニュートリノ反応探索手法の確立を目指す