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 低エネルギー イベント選択 まとめ 内容.

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1 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 低エネルギー イベント選択 まとめ 内容

2 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  ビーム

3 K2K 実験における E の測定  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  終状態が２体なので  の角度 と運動量から E の再構成が可 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 分布を用いて CCQE と nonQE を分離して評価する CCQE CC1  CCm  CC 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

4 SciBar 検出器 押し出しシンチレータ (2.5 x 1.3 x 300 cm 3 ) ~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  を識別  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 (~ 11X 0 ) Extruded scintillator (15t) Multi-anode PMT (64 ch.) Wave-length shifting fiber EM calorimeter 1.7m 3m 1kt 水チェレ ンコフ検出 器 MRD

5 イベント・カテゴリー 全 反応 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 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。 E  GeV 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 E  GeV の 反応が得られる 98% CC イベント (2%:NC) E (GeV) SciBar MRD EC SciBar ストッ プ・イベント MRD イベン ト 0 3 1 2 4 E (GeV) 0 3 1 2 4

6 イベント・ディスプレイ MRD イベント SciBar ストップ・イベ ント SciBarMRDSciBarMRD  p  p

7 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   から の  CCQE CC1  CCm  NC Data x y z SciBar n    上方向 下方向 -150 0150-5050 SciBar タイミング分 布   sec

8 トラック長・カット rec E 分布 (L<60cm) L < 60 cm rec E (GeV) CCQE CC1  CCm  NC Data  トラック長分布 cm 60cm CCQE CC1  CCm  NC Data 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 E  GeV 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 0 200 100 0 0.8 0.4

9 rec E & Vertex 分布 CCQE CC1  CCm  NC Data rec E (GeV) トラック長・カット後の vertex 分布 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 0.8 0.4 -150 150 -50 50 -150 150 -50 50 -200 360240320 トラック長・カット後の rec E 分布

10 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。 rec E 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

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12 *F(1) *F(2) スペクトル解析の手順 CCQE サンプ ル nonQE サンプ ル E  GeV 0.5<E  GeV MC テンプレート E  は  p  ,    によって再構成される nonQE 反応とでは  p  ,    分布に差 が生じる 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  ,    分布を  C テンプ レートで  2 フィット CCQE と nonQE の比を R QE/nonQE パ ラメータで評価  p  ,    分布の違いを用いて CCQE と nonQE の数の重みを評価

13 *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 ビンに対して (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 E  GeV 0.5<E  GeV MC テンプレートで   フィッティング 各  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 R QE/nonQE パラ メータで評価 MC テンプレート