線源データと MC の解析
2013/9/7 DCJ Meeting
首都大学東京 修士一年清水沙也香
目的1. 新しい線源データと MC の Quality check - ZAXIS 137Cs, 60Co, 68Ge, 252Cf - 線源の再構成位置に問題のあったラン
2. DC2ndPub ( LTv7 )と新しいデータ( LTv8 )の比較 - 1 MeV あたりの観測光電子数 - エネルギーの非線形性 - エネルギーの Z 軸上位置依存性 - エネルギーの非線形性による系統誤差の見積もり
2
3rd Pub
2nd Pub トリガーレート
3rdPub で 68Ge におかしなトリガーレート →データベースの不備として報告137Cs のばらつきについては依然不明
DCZAXIS CS137(z = 1437 ~ 2837)
DCZAXIS GE68
3
137Cs Background : 最も近い番号の PhysicsRunFit : Andi’s Function(H 捕獲 )
2nd Pub
EvisID EvisID
3rd Pub
使用したラン 244570.66MeV(β-)ZAXIS Z = 12mm
4
60Co Background : 最も近い番号の PhysicsRunFit : Andi’s Function(H 捕獲 )
EvisID EvisID
使用したラン 245382.50MeV(β-)ZAXIS Z = 12mm
2nd Pub 3rd Pub
5
68Ge Background : 最も近い番号の PhysicsRunFit : Double Gaussian で Fit し、 エネルギーが大きな Mean を使用
EvisID EvisID
使用したラン 239221.022MeV(e+e-)ZAXIS Z = 12mm
2nd Pub 3rd Pub
6
Fit
𝑓 (𝑥 )=𝐴{ ( 𝐴𝑡+𝐴𝑝
0.22672−1)𝑒𝑠 (𝑥−0.96881𝜇)erfc (𝑥−0.96881𝜇𝜎 )+𝑔𝑎𝑢𝑠𝑠 (𝑥 ,𝜇 ,𝜎 )
+𝐴𝑡𝑒𝑠 (𝑥−1.04422 𝜇)erfc ( 𝑥−1.04422𝜇1.03705𝜎 )+𝐴𝑝𝑔𝑎𝑢𝑠 𝑠 (𝑥 ,1.07547𝜇 ,1.03705𝜎 ) }
252Cf 選別 ,Fitting
𝑓 (𝑥 )=𝐴¿
Prompt Signal前の信号と 1.5ms 以上の間隔& 5MeV< EvisID <30MeV
Delayed SignalPrompt Signal より 1ms 以内& 0.5MeV< EvisID <15MeV
1. Muon VetoCharge ID > 10000DUQ or EvisID0 > 30MeV -> Veto 1ms
2. Light Noise CutQratio>0.1 , RMSTstart>40ns or EvisID <0.5MeV
H 捕獲 : Andi’s Function
Gd 捕獲 : Andi’s Funtion
7
252Cf Background : 最も近い番号の PhysicsRunFit : Andi’s Function
2nd Pub 3rd Pub
使用したラン 239812.223MeV(H 捕獲 )7.937MeV(Gd 捕獲 )ZAXIS Z = 12mm
𝑓 (𝑥 )=𝐴{ ( 𝐴𝑡+𝐴𝑝
0.22672−1)𝑒𝑠(𝑥− 0.96881𝜇)erfc( 𝑥−0.96881𝜇𝜎 )+𝑔𝑎𝑢𝑠 (𝑥 ,𝜇 ,𝜎 )
+𝐴𝑡𝑒𝑠 (𝑥−1.04422𝜇)erfc ( 𝑥−1.04422𝜇1.03705𝜎 )+𝐴𝑝𝑔𝑎𝑢𝑠 (𝑥 ,1.07547𝜇 ,1.03705𝜎 ) }
8
再構成位置に問題のあったラン 23922キャリブレーションリストによると ZAXIS GE68(0,0,12)
→ データのピークは約 -300mm ※ 23923(0,0,-308)
3rd Pub2nd Pub
キャリブレーションデータベースの位置情報の不備として報告 9
1MeV あたりの観測光電子数
2nd Pub での変換係数 (Official) MC : 227.7 PE/MeV DATA : 229.9 PE/MeV
3rd Pub での変換係数 (Official) MC : 185.3 PE/MeV DATA : 185.1 PE/MeV
3rd Pub2nd Pub
MC : 228.2 PE/MeV DATA : 229.8PE/MeV MC : 184.9 PE/MeV DATA : 184.9 PE/MeV
252Cf の水素捕獲事象のピーク (2MeV) から光量をエネルギーに変換するための係数を求めている
実際に使用されているものと同じ値が得られた
▶ Standard candle : run 23981
10
エネルギーの非線形性 ▶ DC-doc-3920-v1 C.Aberle,B.Reinhold ▶ DC-doc-4926-v3
C.Aberle,B.Reinhold,...
フィッティングの結果からデータと MC のピークのずれを比較
2nd Pub 3rd Pub
Ge
Cf(H)
CoCf(Gd)
Cs
Ge
Cf(H)
Co
Cf(Gd)Cs
• これまでに行われた解析結果をおおむね再現• 3rdPub について非線形性が大きく変わっている 11
エネルギーの Z 軸上位置依存性
• 3rd Pub では線源によるばらつきが大きくなっており、傾向も異なる
• Z 軸上の依存性はあまり見られない
2nd Pub 3rd Pub
12
1st Calibration campaign
2nd Calibration campaign
1で使用するデータ
2で使用するデータ
エネルギー非線形性による系統誤差の見積もり
– 137Cs,60Co,68Ge,252Cf(H),252Cf(Gd) の検出器中心での DIF を比較、RMS を系統誤差とする
– エネルギー再構成には熱中性子の H 捕獲 (2.2MeV) が用いられている– 低エネルギーでは系統誤差はないものとみなし、
高エネルギーのピーク (8MeV) での DIF の平均から系統誤差を求める
𝐷𝐼𝐹=2 (𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶−𝐸𝑣𝑖𝑠𝐷𝑎𝑡𝑎 )𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶+𝐸𝑣𝑖𝑠𝐷𝑎𝑡𝑎
(%)
1. 検出器中心の線源データを用いた手法
2. 熱中性子の Gd 捕獲事象を用いた手法
系統誤差の見積もりには以下の値を用いた
13
Ge Cf(H) Co Cf(Gd)Cs
検出器中心の線源データを用いた系統誤差の見積もり
137Cs,60Co,68Ge,252Cf(H),252Cf(Gd) の検出器中心のデータのエネルギースペクトルのばらつきを比較、5 点の RMS を系統誤差とする
Double Chooz Official : 2nd Pub
2ndPub : σ = 0.62%3rdPub : σ = 1.42%
• 2nd Pub の値は公式よりやや小さい結果となった• 3rd Pub のほうが系統誤差が大きく見積もられる
14
注 ) Double Chooz Official 2nd Pub : σnon-linearity = 0.85%
問題点
2nd Pub の評価で用いられた手法低エネルギーでの誤差はないものとし、252Cf の Gd 捕獲ピーク (8MeV) でのずれの平均から非線形性の系統誤差を求める
𝜎 𝑛𝑜𝑛−𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟𝑖𝑡𝑦=√ ¿𝐷𝐼𝐹>¿2+02
2¿
2nd Pub : σ=0.95% 3rd Pub : σ=1.41%
Ge
Cf(H)
Co
Cf(Gd)
Cs
3rd Pub におけるDIFのエネルギー依存性
Ge Cf(H) Co Cf(Gd)Cs
252Cf(Gd)における DIFの Z依存性
DIFのエネルギー依存性𝐷𝐼𝐹=2 (𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶−𝐸𝑣𝑖𝑠𝐷𝑎𝑡𝑎 )𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶+𝐸𝑣𝑖𝑠𝐷𝑎𝑡𝑎
(%)
熱中性子の Gd 捕獲事象を用いた系統誤差の見積もり
― 2nd Pub― 3rd
Pub
3rd Pub のデータでは低エネルギーでのずれが大きく無視できない 15
熱中性子の Gd 捕獲事象を用いた系統誤差の見積もり
値が一番大きい 68Ge のピーク (1.1MeV) と 252Cf の Gd 捕獲ピーク(8MeV) のズレをもとに非線形性の系統誤差を求める
68Ge 252Cf(Gd)
𝜎 𝑛𝑜𝑛−𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟𝑖𝑡𝑦=√¿𝐷𝐼𝐹≥¿2+ ¿𝐷𝐼𝐹 Cf >¿2
2¿
2nd Pub : σ=0.99% 3rd Pub : σ=2.28%2nd Pub と比較すると系統誤差が大きく見積もられる
16
系統誤差の改善
17
データと MC の差分を一次関数で補正
補正前
𝐷𝐼𝐹=1.23−0.455×EvisID MC (%)
方法 1 による見積もり : σ = 1.42%→σ = 0.84%方法 2 による見積もり : σ = 2.28%→σ = 1.16%
補正後
適切な関数で補正することで統計誤差を抑えることが期待できる
まとめ• DC3rdPub の線源データを解析した• データベースに問題があると疑われるランを発見• - 光電子数からエネルギーへの変換係数
- エネルギーの非線形性 - Z 軸上の位置依存性に関して、エネルギー再構成グループの結果を再現
• エネルギーの非線形性による系統誤差の見積もりを行った• 今後、系統誤差を減らす為チューニングした新しい MC が
作られる予定
18
BACKUP
19
3rd Pub
2nd Pub Run Length
20
トリガーレート
21
▶ 2nd Calibration Campain : 137Cs45584 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1192)45585 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1192)45586 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1232)45587 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1292)45588 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1337)45589 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45590 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45591 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45592 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45593 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45594 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45595 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1537)45596 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1537)45597 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1687)45598 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1837)45599 DCZAXIS CS137 (0, 0, 2337)45600 DCZAXIS CS137 (0, 0, 2837)
Andi’s Function を用いた Fit の失敗例
22
エネルギーの Z 軸上位置依存性 ▶ DC-doc-4926-v3
C.Aberle,B.Reinhold,...
1st Calib 2nd Calib
23
再構成位置の比較
• 3rd Pub ではデータが負の方向に、 MC が正の方向に再構成されやすい傾向が見られる
Data - True2nd Pub MC - True
下方向にシフト
上方向にシフト
3rd Pub
60Co(Z = 1132)
60Co(Z = 1132)Data - True MC - True
24
MC : 167.7 PE/MeV DATA : 144.2 PE/MeV
エネルギー分解能と予測される光電子数
2nd Pub 3rd Pub
2nd Pub での変換係数 MC : 227.7 PE/MeV DATA : 229.9 PE/MeV
3rd Pub での変換係数 MC : 185.3 PE/MeV DATA : 185.1 PE/MeV
MC : 132.9 PE/MeV DATA : 130.8 PE/MeV
𝜎𝐸
=1
√167.74×𝐸𝜎𝐸
=1
√130.83×𝐸
• DATA と MC の分解能の違いは DC3rdPub で改善された• 見積もられた変換係数との違いは、分解能が観測光電子数の統計的ゆらぎ
以外の効果で悪くなったためと考えられる
分解能は観測される光電子数に依存するため、各ピークのエネルギーと σ から 1MeV あたりの光電子数を見積もることができる
25
26
補正前 補正後
▶ Ge68 ZAXIS Z=0 45133
▶ Cf252 ZAXIS Z=0 45042
27
▶ Co60 ZAXIS Z=0 45466
▶ Cs137 ZAXIS Z=0 45537
1st Calibration Campaign
28
𝐷𝐼𝐹=1.692−0.433×EvisID MC (%)方法 1 による見積もり : σ = 1.42%→σ = 0.82%方法 2 による見積もり : σ = 2.28%→σ = 1.25%
今後の課題
• 位置再構成バイアスが DC2ndPub と DC3rdPubで変わっている疑いがあるので評価する
• Guide tube 線源データの解析を行う
• エネルギー非線形性が変わった原因を検証する
29