E

Detector commissioning dataを用いた
Double Chooz検出器の性能評価
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首都大学東京■研究紹介
理工学研究科
#
Fumitaka Sato
原子炉 !!" 実験 !"#$%&'(""
#
#
#
1
ニュートリノ振動
€
ニュートリノが自身のフレーバーを変化させる現象。
sij=sinθij, cij=cosθij
フレーバー
固有状態
ν e  1 0
  
ν µ  = 0 c 23
  0 −s
ν τ  
23
MNS行列
0  c13

s23  0

iδ
c 23 −s13e
0 s13e−iδ  c12 s12

1
0  −s12 c12


0
c13  0
0
質量固有状態
0 ν1 
 
0ν 2 
 
1ν 3 
振動パラメータ : θ12, θ23, θ13, δ, Δm221, Δm232
Known parameters
sin22θ
12 =
0.87±0.03,
|Δm221| =(7.59±0.2)×10-5eV2
sin22θ23 > 0.92,
|Δm232| = (2.43±0.13)×10-3eV2
Unknown parameters
sin22θ13<0.15(@CHOOZ),
δ=？
θ13は上限値が得られているのみ！
→δの測定可能性にも大きく影響！
2
23
23
=2.4
10
で表されることになる。ここで Φij = ∆m2ij Δm
L/4E23である。
2
2
2
現在までに行われてきた種々の実験の結果より
∆m
∆m
∆m
式中の cik , sik は cos θik
23, sin θik を表していて、
31 eの変化
12 で
→原子炉から発生するν
メータである。
ことがわかっているので、Φ13 =π/2
(L=1.5km) 付近では Φ21 , Φ32 を含む項の
上記の様に
MNS
行列にはDayaBay,
θ12 、θ13 、θ23Reno
の３つの
e.g.)
Double
Chooz,
残されたパラメータθ
は Φ31 を含む項より十分に小さく、
2
0
−s
c
-3
原子炉ニュートリノ振動実験
いる。この内
θ23 はSK
実験と K2K が、θ12 は Ka
suekane@Radcor2005
23
2
2
(eVChooz
)L(m)
13
2
2 1.27∆m
−3CHOOZ
2
一方で
θ
は
Double
実験の前身の
P (ν¯e → ν¯e ) = 1 − sin 2θ13 sin ( 13 4
)
+
O(10
)2
&
1.27%m
L
2
2
21
P(! e "の場合、
! e ) = 1 # cos
(2$0.15
(
) # sin (2$13 ) '
13
12 )sin
sin2$E(MeV)
2θsin
<
の上限値を出している。
13
E
(
2
れた sin 2θ13 の排他領域である。
22θ
となり、二世代の振動に近似できる。従って、この距離付近でのニュートリノの
θ12による効果
sin
θ
13
13
1
質量固有状態 |νi (t) (i = 1 ∼ 3)2 の時間発展は S
P(! e " ! e)
05.10.03
を測定することにより θ13 の測定が可能となる。図 1.2 に、sin 2θ13 =0.1、∆m
∂
θ12 (t) =
2.38 × 10−3 eV2 のときの
ν
¯
の振動確率と発生位置からの距離の関係を示す。
e
0.8
i |ν (t) = H|ν
パラメータ：
Δm232 ∼ 2.4×10-3 eV2
Far Detector
ここでの欠損量を確認する
0.6
1.3
0.4
i
H はハミルトニアンを表す。これより
L = 原子炉から検出器までの距離
ニュートリノ振動実験
E = ニュートリノのエネルギー
i
∂t
|νi (t) = e−iHi t |νi (0) = e−
ニュートリノは我々の住む宇宙の至る所において生成され、至る所に存在
213
•sin22θ
=0.1
となる。よって
sin
2θ
13=0.1t=0 の時フレーバー固有状態 |νi
現在までに行われてきたニュートリノに関する実験は対象とするニュートリ
0.2
リノが時刻
t で別の世代 |νi (β) に変化している確
2
E
=
4
MeV
•sin 2θ12 =0.30
生成場所により大まかに分類される。表
1.1 に各ニュートリノ生成場所にお
−i
P
(ν
→
ν
)
=
|ν
|U
e
0
α
β
α
αi
ニュートリノのエネルギー、発生地点からの距離の関係を表したものを示す
102
103
104
105
L[m]
節ではこれまで行われてきたニュートリノ振動実験について簡単に紹介する
となる。ニュートリノを３世代と考慮すると、D
原子炉から発生するニュートリノを測定することで
子型ニュートリノ νe が距離 L を飛行した後、別
θ13の直接測定が可能。
2
2
2
2
2
2
3
2
Double Chooz実験
Near detector
400m
@France, Chooz原子炉
Far detector
1050m
原子炉
同一の構造を持ち、原子炉からの距離が異なる二つの検出器を用いること
により系統誤差を大幅に軽減する。
4
Double Chooz検出器
Globe Box
Outer veto :
宇宙線ミューオンの同定
[プラスチックシンチレータストリップ]
Inner detector (ID)
ν-target :
ニュートリノシグナルの生成
[Gdを(1g/l)含む液体シンチレータ(10.3m3)]
γ-catcher :
ν-target層から漏れ出たγ線のエネルギーの測定
[液体シンチレータ(22.3m3)]
7m
Buffer :
高速中性子、環境γ線バックグラウンドの遮
[ミネラルオイル + 10”PMT × 390本(110m3)]
Inner veto (IV) :
7m
宇宙線μバックグラウンドの同定
[液体シンチレータ + 8”PMT × 78本(90m3)]
5
検出原理
遅延同時計測法
prompt signal
prompt signal
Eprompt = E-Eth(1.8MeV)+2me
γ (0.511MeV)
①ニュートリノが陽子と逆β崩壊を起こす。
νe + p→ e+ + n
e
e
γ (0.511MeV)
delayed signal
νe
②陽電子はニュートリノのエネルギーを持ち
γ
p
delayed signal
去り、電子と対消滅を起こし2本のγ線を発生
Edelay
∼ 8MeV
γ
γ
n
γ
Gd
30µs
(prompt signal)
γ
③中性子は平均30μsec後にGdに捕獲され合計
γ
8MeVの数本のγ線を放出 (delayed signal)
図 2.4: 逆ベータ崩壊反応の概略図。原子炉からの反電子ニュートリノは陽子と反応
し、陽電子と中性子を生成する。
Prompt signal : 1~MeV
逆ベータ崩壊反応は中性子のベータ崩壊の逆反応であることから、反応断面積は中性
Delayed signal : 8MeV
prompt signalとdelayed signalのエネルギー、子の寿命 τ と密接な関係があり、
時間差 :
平均30μsec
2π E p
n
2
σνp =
e e
1.7152m5e τn
(2.3)
時間差からニュートリノイベントを識別
≈ 9.6 × 10−44 Ee pe [cm2 ]
と表すことが出来る。ここで、me は放出される陽電子の質量、Ee はそのエネルギー
6
Collaboration
Double Chooz
Brazil
CBPF
UNICAMP
UFABC
France
CEA/DSM/IRFU:
SPP
SPhN
SEDI
SIS
SENAC
CNRS/IN2P3:
APC
Subatech
IPHC
ULB
Germany
EKU Tübingen
MPIK Heidelberg
TU München
U. Aachen
U. Hamburg
Japan
Tohoku U.
Tokyo Inst. Tech.
Tokyo Metro. U.
Niigata U.
Kobe U.
Tohoku Gakuin U.
Hiroshima Inst
Tech.
Spokesperson: H. de Kerret (IN2P3)
Project Manager: Ch. Veyssière (CEA-Saclay)
Russia
INR RAS
IPC RAS
RRC Kurchatov
Spain
UK
USA
CIEMAT-Madrid
Sussex
U. Alabama
ANL
U. Chicago
Columbia U.
UCDavis
Drexel U.
IIT
KSU
LLNL
MIT
U. Notre Dame
Sandia National
Laboratories
U. Tennessee
Web Site: www.doublechooz.org/
~150 scientists from 8 countries !!
7
History & future
Detector construction
2011
Detector
commissioning
測定開始後のsin22θ13への感度
near detector運転開始
2013
∼
2010
2009
Physics data taking
Near detector 建設
run
2010年6月∼ Detector commissioning
2011年春∼ data taking開始予定
2011年春∼ Near detector建設開始
1年半後にNear detector稼働予定
(年)
Far detectorのみの１年半の測定で sin22θ13<0.06, Near detector 完成後の
測定より sin22θ13<0.03の精度での測定が期待される。
8
PMT installation
%5'8-
2#+3'-0$
9:%:*
4'5'-
;<==8'
6+'78.
/..$0$1)20$3"($42)('$
21$5"22678
9..$!,:&;<$-*.$0#=#(#$
2010
2009
(<B.#,"((7:8-C5D:)+@
9:>:
!"#$%&''())($$*+,-.,*..+
+
Detector construction
2009年5~7月
2011
Detector
commissioning
2013
∼
1+'-,#
Physics data taking
Near detector 建設
run
7
9
Acrylic tank installation
Detector construction
2009年8~11月
2011
Detector
commissioning
2013
∼
2010
2009
Physics data taking
Near detector 建設
run
10
Lid closed
Detector construction
2011
Detector
commissioning
2009年12月
2013
∼
2010
2009
Physics data taking
Near detector 建設
run
11
Electronics installation
2011
Detector
commissioning
Detector construction
2010年3~6月
PMT
Splitter
HV
FEE
Trigger
2013
∼
2010
2009
Physics data taking
Near detector 建設
FEE
run
FEE
FEE
IDLI
μFADC
νFADC
HV
FADC
FADC
FADC
FEE
FEE
1 P.E. pulse
HV
FADC
FEE
12
Liquid filling
Detector construction
2010年10~12月
2011
Detector
commissioning
2013
∼
2010
2009
Physics data taking
Near detector 建設
run
13
Upper shield close
Detector construction
2011
Detector
commissioning
2010年12月
2013
∼
2010
2009
Physics data taking
Near detector 建設
run
14
Detector commissioning
is ongoing ...
15
Stability
安定動作を確認
Temperature
1℃
z = 2834mm
z=0
z = -2804mm
1ヶ月
10uA
20V
HVの電圧
HVの電流
16
Monitor GUI
Run State
High Voltage
17
Gain calibration
IDLI system
!"#$%&'()"*+,(
-&./")(0&12(
Two types of light injections:
event display
- 32 diffused light injection points (20 wall + 6 top + 6 bottom)
- 14 pencil beam light injection points at 8 different levels.
32個のdiffused light(20 wall + 6 top + 6 bottom)
Three wavelength:
- 425 and
475 nm
direct light
14個のpencil
beam
light
- 380 nm with re-emission
波長：425,
475nm,
(reemission)
All LED
light380nm
sources
are independent and controlled remotely:
External
- Single or multi LED emission for calibration.
triggerでデータ取得可能
- Light intensity is monitored by PIN diode.
- Control board provides external trigger to Trigger/NuDAQ.
4
18
Event display
Inner detector
DC Preliminary
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
19
Muon signal
Inner
detector
Inner
veto
DC Preliminary
μ
DC Preliminary
30000
25000
20000
15000
10000
5000
30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
0
20
Summary
•
Double Chooz実験はニュートリノ混合角θ13の精密測定を目指す
原子炉ニュートリノ振動実験
•
•
•
data taking開始に向けdetector commissioningが進行中
検出器の安定した動作状況を確認
データ取得後、早急なθ13の上限値の更新が期待される
21

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