Przypadki elektronowe w Super Kamiokande

Wyniki pomiaru oscylacji νµ ⇢ νe
w eksperymencie T2K
Joanna Zalipska1, D. Kiełczewska1,2, A. Kiliński1, K.Kowalik1, J. Łagoda1, P. Mijakowski1,W. Oryszczak2,
M. Posiadała2, P. Przewłocki1, E. Rondio1, J. Stepaniak1, M. Szeptycka1
1) Narodowe Centrum Badań Jądrowych, 2)Uniwersytet Warszawski
Eksperyment T2K (Tokai to Kamioka)
Wiązka
Cel eksperymentu
Pomiar oscylacyjny pojawiania się νe w wiązce – kąt θ13
●Pomiar oscylacyjny znikania ν
µ z wiązki – kąt θ23, kwadrat różnicy mas ∆m223
Protony przyspieszane w akceleratorze
w J-PARC do energii 30 GeV
●
Struktura wiązki składa się z 8 paczek wyprowadzanych z akceleratora co 3s
●
Osiągnięta moc wiązki 145kW, kiedy planowana moc to 750kW
●
Oddziaływanie protonów z grafitową tarczą
●
Selekcja π+ przy pomocy 3 hornów
● Rozpady π+ ⇢ µ+ ν
µ w 96m tunelu rozpadowym
●
●
Wiązka off-axis skierowana 2.5o od dalekiego detektora:
- pozycja piku energii przy pierwszym
maksimum oscylacji
- zmniejsza wkład domieszki νe do 0.5%
w piku energii
- zredukowany wkład tła od oddziaływań
NC z produkcją π0
●
Bliskie detektory neutrin
●
Na osi - INGRID
- przekładaniec żelazo/scyntylator
- monitoruje profil, kierunek i intensywność
- rejestruje ~700 oddziaływań ν na dzień
- wymagana stabilność wiązki 1mrad, co odpowiada 2% stabilności strumienia ν w piku energii w dalekim detektorze
ND280
poza osią
INGRID
na osi
●
Produkcja hadronów na tarczy grafitowej
została zmierzona przez eksperyment
NA61/Shine
●
Zweryfikowano modele produkcji hadronów
●
Symulacja wiązki dostarcza przewidywanych spektrów νµ i νe w dalekim detektorze
●
Poza osią - ND280
- UA1 magnes wytwarzający pole 0.2T
- tracker przekładaniec komór projekcji czasowej (TPC) i detektorów scyntylacyjnych
(FGD)
- kalorymetr elektromagnetyczny (ECAL)
- scyntylacyjny detector zoptymalizowany do
rejestracji π0 (P0D)
- detektory scyntylacyjne wewnątrz magnesu
do rejestracji mionów (SMRD)
Stosunek częstości przypadków CC νµ mierzonych w trackerze:
Liczba oddziaływań νe
2.556x1020pot
(3% z docelowej
zarejestrowanych w dalekim detektorze
statystyki)
Selekcja
Dane
Przewidywanie tła
θ13=0.0
Dane
przypadek elektronowy
Przewidywana liczba oddziaływań νe
151
140.9
74
19
18
70.6
13.6
11.8
Bez rozpadowego e
Cięcie π0
Eν<1250MeV
13
10
8.9
3.9
10
2.7
Selekcja przypadków
typu elektronowego
Odcięcie przypadków
niskoenergetycznych
0.15
6.60
Tło νµ
1.02
1.02
Tło anty νµ
0.06
0.06
Tło νe
1.42
1.32
Tło anty νe
0.08
0.07
Wszystko
2.73+/-0.37
9.07+/-0.93
Wymaganie aby przypadek Rekonstrukcja masy π0 po wymuszonym
nie był e z rozpadu µ
znalezieniu drugiego pierścienia
Oscylacje νµ ⇢ νe
Zaobserwowano 10 przypadków ponad przewidywanym tłem 2.7.
Prawdopodobieństwo, że przewidywane tło zafluktuuje do dziesięciu
przypadków wynosi 0.08%. Jest to równoważne znaczoności 3.2σ.
Normalna hierarchia mas
dla δCP=0
0.04 < sin22θ13 < 0.21
Najlepsze dopasowanie
do danych:
sin22θ13 = 0.104
Odwrócona hierarchia mas
dla δCP=0
sin22θ13 = 0.0 sin22θ13=0.1
Sygnał νe
Umieszczony 295km od
początku wiązki
●
Wodny detektor Czerenkowa
działający od 1996 roku,
w 2006 wyposażony w nową
elektronikę odczytu
●
Masa 50kton (22.5kton
część aktywna)
●
Wyposażony w ~11100
fotopowielaczy o średnicy 20”
●
Identyfikuje µ i e – prawdopodobieństwo błędnej
identyfikacji µ < 1%
●
Identyfikacja π0 – tło w detekcji
νe – poprzez rozróżnianie 2γ z
rozpadu π0
●
Pomiary wykonywane przez detektor ND280
- referencyjne pomiary strumienia ν przed oscylacją
- badanie oddziaływań neutrin:
* przez prądy naładowane – pomiar νµ z rekonstrukcją µ w trackerze (możliwa detekcja p z CCQE)
* pomiar domieszki wiązki νe
* pomiary oddziaływań (przez prądy neutralne) z
produkją π0
●
Zrekonstruowany pęd mionu dla
odziaływań quasi elastycznych
przez prądy naładowane CCQE
Przypadki elektronowe w Super Kamiokande
Zawarte w części
aktywnej detektora
Jednopierścieniowe
Typu elektronowego
Ewidzialna>100MeV
Daleki detektor Super Kamiokande
0.05 < sin22θ13 < 0.25
Najlepsze dopasowanie
do danych:
sin22θ13 = 0.128
Redukcja tła pochodzącego z
domieszki wiązki νe
Double CHOOZ
Daya Bay
RENO
T2K
Średnia
Podsumowanie wyników
pomiarów kąta θ13 wykonanych
przez różne eksperymenty
T2K zbiera dane i będzie
publikowało nowe wyniki przy
zwiększonej statystyce. Mamy nadzieję być konkurencyjni dla
pomiarów reaktorowych.