K2K-SciBar検出器を用いた 低エネルギーニュートリノの エネルギー・スペクトルの測定 大阪大理 田窪洋介 他 K2K-SciBarグループ 内容 • • • • K2K実験 SciBar検出器 低エネルギーnイベント選択 まとめ K2K実験 K2K実験 • KEK12GeV P.S.により生成されたニュートリノを用いた長基線 ニュートリノ振動実験 • KEKに設置された前置検出器と250km離れたスーパー・カミオ カンデでニュートリノを観測しニュートリノ振動を検証 SKでのニュートリノ・エネルギー分布 • 98%の純度のnmビーム K2K実験ではEn ~ 0.6 GeV で振動 の効果が最大になる 振動無しの予想 ~ 0.6 GeV 前置検出器での1GeV以下の低エネ ルギー領域のスペクトル測定が重 要！ 振動有りのbest fit データ K2K実験におけるEnの測定 m 準弾性散乱反応 n q p 非弾性散乱反応 n m p p エネルギーの再構成 ： • 準弾性散乱反応(CCQE)を用いる 終状態が２体なのでmの角度と 運動量からEnの再構成が可能 Enrec • 非弾性散乱反応(nonQE)がバック グラウンドとなる Dqp分布 Data QE nonQE CC coherent p m CCmp CC1p 観測された方向 CCQE Dqp QEで予想さ れる方向 deg. mnEm m2m / 2 mn Em Pm cos q m スペクトラムの測定にはnonQE の混入量の見積もりが必要 Dqp分布を用いてCCQEとnonQE を分離して評価する • 押し出しシンチレータ(2.5 x 1.3 Extruded n scintillator x 300 cm3 ) (15t) • ~15000 チャンネル • シンチレータ自身がニュートリ ノ・ターゲット Multi-anode • Light yield PMT (64 ch.) 7~20p.e./MIP/cm (2 MeV) • 10 cm のトラックまで検出可能 • dE/dx によってpとpを識別 CCQE に対して高感度 Wave-length non-QEバックグラウンドを識別 shifting fiber • 電磁カロリー・メーター (~ 11X0) 3m SciBar検出器 1kt 水チェレ ンコフ検出器 1.7m MRD イベント・カテゴリー MRDイベント MRD SciBar • SciBar内でnが反応し、MRD(Muon SciBarストップ・ Range Detector)まで粒子のトラックが到達 イベント • これまでの解析に使用されている • En>0.5GeVのn反応が得られる • 98% CCイベント(2%:NC) SciBarストップ・イベント • SciBar内でnが反応し、粒子の トラックがSciBar内で止まる。 • これまで用いられていなかった。 MRDイベント n EC モンテカルロEn分布 全n反応 MRDイベント SciBarストップ・イベント • En<0.5GeVのn反応も得られる。 • ~0.6GeVでMRDイベントと同程度 0 の統計がある。 CCQE 1 2 3 4 0 En(GeV) 1 2 3 4 En(GeV) イベント・ディスプレイ SciBarストップ・イベント MRDイベント SciBar MRD SciBar m n m p n p MRD SciBarストップ・サンプル Vertex分布 (y軸方向) Data NC CCmp CC1p CCQE SciBar上方向から来るバッ クグラウンドが存在する 加速器からの中性子と原子核と 上方向 の反応で生成されたp0からのg 下方向 -150 -50 0 50 150 cm SciBarタイミング分布 n p0 g g SciBar n y x 2 4 6 msec z トラック長・カット トラック長・カット • 60cm以下のmトラックをカット •加速器起源のガンマ・バックグラウンドを除去 • En<0.4GeVのイベントを落としているが、 ~0.6GeVの イベントに対しては影響なし mトラック長分布 バックグラウンド recE 分布 n (L<60cm) L < 60 cm 60cm 0 100 Data NC CCmp CC1p CCQE 200 Data NC CCmp CC1p CCQE cm 0 0.4 0.8 recE n (GeV) recE n & Vertex分布 トラック長・カット後のrecEn分布 トラック長・カット後En ,vertex分布は Data データとMCで合っている NC CCmp トラック長・カット後のvertex分布 CC1p CCQE NC : ~20% 0 0.4 0.8 recE n -150 -50 x方向 50 150 cm -150 -50 y方向 50 150 cm (GeV) • En>0.3GeVのイベントが得られた。 • SciBarストップ・イベントにはNCが ~20%含まれている (MRDサンプル：~2%) -200 • NCのカットまたは混入量の評価が必要 240 z方向 320 360 cm まとめ • K2K実験では~0.6GeVの低エネルギー領域 で振動の効果が最大となる • 低エネルギー・スペクトル測定のために SciBar内でmが止まるサンプルを用いた。 • recEnのエネルギーを0.3GeVまで下げることが 出来た。 • SciBarストップ・イベントには~20%のNCが含 まれており、カット又は混入量の評価が必要 スペクトル解析の手順 CCQE反応 • En は(pm ,qm)によって再構成される • nonQE反応とでは(pm ,qm)分布に差が 生じる (pm ,qm)分布の違いを用いてCCQEと nonQEの数の重みを評価 • MCの(pm ,qm)テンプレートをCCQEと nonQEの２つのサンプルに分ける • データの(pm ,qm)分布をMCテンプ レートでc2フィット • CCQEとnonQEの比をRQE/nonQEパラ メータで評価 MCテンプレート CCQEサンプル nonQEサンプル En<0.5GeV *F(1) 0.5<En<0.75GeV *F(2) ・・ ・ ・・ ・ スペクトル解析の手順 データ • (pm, qm)分布を作成 MC • CCQEとnonQEの２つのサンプルに分割 • ２つのサンプルをEnの8つのビンに分割 • ２つのサンプルで各Enビンに対して (pm, qm)分布(MCテンプレート) を作成 MCテンプレート CCQEサンプル nonQEサンプル En<0.5GeV MCテンプレートでc2フィッティング • 各EnビンのフラックスをF(i)の重み (i=1~8)でフィット • CCQEとnonQEの比をRQE/nonQEパラ メータで評価 *F(1) 0.5<En<0.75GeV *F(2) ・・ ・ ・・ ・
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