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

•　 K2K 実験•　 SciBar 検出器•　低低低低低低低低低低選択•　まとめ

内容

K2K 実験

K2K 実験では E ~ 0.6 GeV で振動の効果が最大になる

~ 0.6 GeV振動有りの best fit

振動無しの予想

データ

SK でのニュートリノ・エネルギー分布

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！

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

• 98% の純度の低低低

K2K 実験における E 低測定

p

準弾性散乱反応

非弾性散乱反応

エネルギーの再構成 ： • 準弾性散乱反応 (CCQE) を用いる

• 非弾性散乱反応 (nonQE) がバックグラウンドとなる　

p

cos

2/2

PEm

mEm

n

n

recE

終状態が２体なのでの角度と運動量から E 低再構成が可能

スペクトラムの測定には nonQE の混入量の見積もりが必要 p 低低低低低低 CCQE と nonQE を分離して評価する

CCQECC1CCmCC coherent

Data

deg.

p 分布QE nonQE

p

QE で予想される方向

観測された方向

SciBar 検出器• 押し出しシンチレータ (2.5 x

1.3 x 300 cm3 )

• ~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• Light yield

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 と低低低CCQE に対して高感度non-QE バックグラウンドを

識別• 電磁カロリー・メーター (~

11X0)

Extrudedscintillator(15t)

Multi-anodePMT (64 ch.)

Wave-lengthshifting fiber

EM calorimeter

1.7m

3m

3m

1kt 水チェレンコフ検出器

MRD

イベント・カテゴリー

低低低 CCQE

モンテカルロ E 分布 MRD イベン

ト

SciBar ストップ・イベント

• SciBar 内で低低低低低低低低低低低低低 SciBar 内で止まる。• これまで用いられていなかった。• EGeV の反応も得られる。

• ~0.6GeV で MRD イベントと同程度の統計がある。

SciBar ストップ・イベント

MRD イベント• SciBar 内でが反応し、 MRD(Muon

Range Detector) まで粒子のトラックが到達• これまでの解析に使用されている• EGeV の反応が得られる• 98% CC イベント (2%:NC)

E(GeV)

SciBarMRD

EC

SciBar ストップ・イベント

MRD イベント

0 31 2 4E(GeV)

0 31 2 4

イベント・ディスプレイ

MRD イベント

SciBar ストップ・イベントSciBar MRD SciBar MRD

p

p

SciBar ストップ・サンプルVertex 分布 (y 軸方向 )

cm

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の反応で生成された低低低

CCQECC1CCmNCData

xy

z

SciBar

n

上方向下方向-150 0 150-50 50

SciBar タイミング分布

sec

低低低低低低低低低

recE 分布 (L<60cm)

L < 60 cm

recE (GeV)

CCQECC1CCmNCData

トラック長分布

cm

60cm

CCQECC1CCmNCData

• 60cm 以下のトラックをカット•加速器起源のガンマ・バックグラウンドを除去

• EGeV 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

トラック長・カット

バックグラウンド

0 200100 0 0.80.4

recE & Vertex 分布

CCQECC1CCmNCData

recE (GeV)

トラック長・カット後の vertex 分布

cm

cm

cm

x 方向

y 方向

z 方向

トラック長・カット後 E,vertex 分布はデータと MC で合っている

NC : ~20%

• E>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%)

• NC のカットまたは混入量の評価が必要

0 0.80.4

-150 150-50 50

-150 150-50 50

-200 360240 320

トラック長・カット後の recE

分布

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 内でが止まるサンプルを用いた。

• recE 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

*F(1)

*F(2)

スペクトル解析の手順

CCQE サンプル

nonQE サンプルEGeV

0.5<EGeV

・・・ ・・・

MC テンプレート

• E 低 p, 低低低低低低低低低低

• nonQE 反応とでは p, 低低低低低低低低

CCQE 反応

• MC の p, 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 p, 低低低 C テンプレートで 2 フィット

• CCQE と nonQE の比を RQE/nonQE パラメータで評価

p, 低低低低低低低低低 CCQE と nonQE の数の重みを評価

*F(1)

*F(2)

スペクトル解析の手順

• (p, ) 分布を作成

• CCQE と nonQE の２つのサンプルに分割• ２つのサンプルを E の 8 つのビンに分割• ２つのサンプルで各 E 低低低低低低(p, ) 分布 (MC テンプレート ) 　を作成

データ

MC

CCQE サンプル

nonQE サンプルEGeV

0.5<EGeV

・・・ ・・・

MC テンプレートでフィッティング

• 低低低のフラックスを 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

MC テンプレート