Double Chooz 実験におけるエネルギーレスポンスマップの作成と

ニュートリノセレクション

M1 清水沙也香

Double Chooz 実験について

Double Chooz はニュートリノ振動角 θ13 の精密測定を目的とした国際共同実験現在前置検出器が建設中、春には稼働予定 2

Double Chooz 検出器構造図

Outer Veto(OV)プラスチックシンチレータ宇宙線 μ の同定

ν – target液体シンチレータ +Gdニュートリノ検出

γ – catcher液体シンチレータニュートリノ検出

Bufferミネラルオイル +PMTバックグラウンドの遮蔽

Inner Veto(IV)液体シンチレータ +PMT宇宙線 μ, 高速中性子の識別・遮蔽

▶ 後置検出器

3

系統誤差は以下を独立のパラメータとして求めている• エネルギーの非線形性に寄る系統誤差• エネルギーの長期安定性から見積もる系統誤差• エネルギーの位置依存性における系統誤差

4

𝜎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=√𝜎𝑛𝑜𝑛−𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟𝑖𝑡𝑦2 +𝜎 𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑦

2 +𝜎𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑖𝑡𝑦2

Double Chooz において、エネルギーは Flash ADC で得られた光電子数から以下の方法で見積もられている

𝐸𝑣𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝐷𝐴𝑇𝐴 =𝑃𝐸𝐷𝐴𝑇𝐴× 𝑓 𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑖𝑡𝑦

𝐷𝐴𝑇𝐴 (𝜌 , 𝑧)× 𝑓 𝑀𝑒𝑉𝐷𝐴𝑇𝐴× 𝑓 𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑡𝑦

𝐷𝐴𝑇𝐴 (𝑡)

𝐸𝑣𝑖𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒𝑀𝐶 =𝑃𝐸𝑀𝐶× 𝑓 𝑢𝑛𝑖𝑓𝑜𝑟𝑚𝑖𝑡𝑦

𝑀𝐶 (𝜌 ,𝑧)× 𝑓 𝑀𝑒𝑉𝐷𝐴𝑇𝐴

Double Chooz 実験におけるエネルギー再構成

Outline

• 宇宙線通過後の中性子捕獲事象を用いたエネルギーレスポンスマップの作成– 水素捕獲事象– Gd 捕獲事象

• ニュートリノセレクション– Gd 捕獲事象– 水素捕獲事象

5

エネルギーレスポンスマップの作成(H)

• μ 粒子通過後の中性子の H 捕獲事象を利用• 再構成された位置によって 12×9 分割し、各領域ごとの

エネルギー分布からピークを求める

6

Z

z

ρxy

Z[mm]

ρ[mm]

12 分割

9 分割

350 4000

t[μs]

1050

μ

0 50signal background

エネルギーレスポンスマップの作成(H)

Data MC500run 1000run前回まで

全データの 1/30 程度だが概ね傾向は再現出来た

7

エネルギーレスポンスマップの作成(H)

全てのランを使用エネルギー再構成グループの結果を再現することができた

Data MCAll run All run今週まで

8

エネルギーレスポンスマップの作成 (Gd)

• μ 粒子通過後の中性子の Gd 捕獲事象を利用• 再構成された位置によって 12×9 分割し、各領域ごとの

エネルギー分布からピークを求める

9

Z

z

ρxy

Z[mm]

ρ[mm]

8 分割

5 分割

γ-catcher

ν-target

350 4000

t[μs]

1050

μ

0 50signal background

エネルギーレスポンスマップの作成 (Gd)

検出器中心から離れると再構成されるエネルギーが小さくなる事は確認できる

target 層の端ではより適切な Fit ができた

Data MCAll run All run

10

Outline

• 宇宙線通過後の中性子捕獲事象を用いたエネルギーレスポンスマップの作成– 水素捕獲事象– Gd 捕獲事象

• ニュートリノセレクション– Gd 捕獲事象– 水素捕獲事象

11

遅延同時計測法

• 陽電子はすぐに電子と対消滅し、 γ 線を発生する → Prompt• 中性子は熱中性子となって Gd または H に捕獲され、

それぞれ一定値の γ 線を放出する → Delayed12

新 Selection 条件OV vetoprompt が coincident を取る時却下

IV veto• 2 本以上のヒット• IV での電荷の和• IV と ID の再構成位置の差• IV と ID の時間差→ これらの条件を満たすと却下

P D

0 0.5-200 600

t[μs]

150

P

D

Coincidenceprompt と delayed の距離 < 1m

Muon Veto• EvisID0 > 20 MeV• または IV の電荷の和が

一定以上

• NOT a muon• NOT a light noise• ∆Tμ > 1 msec• EvisID > 0.4 MeV

Light Noise Cut

Valid Trigger

Time CoincidenceDelayed Energy Window4 < E < 10 MeV

Prompt Energy Window0.5 < E < 20 MeV

prompt の前後に Delayed 一つしか信号がなく、0.5 ～ 150μs に収まっている 13

Neutrino Selection(Gd)

• 新しいイベントリストの完成後照会• MC とのエネルギースケールが異なる

→新しい MC が作られており改善される予定

Prompt Delayed(Gd)

全イベント数

片方のみのイベント

light tree selection

My selection 17227 82 v10 New

DC Eventlist 17280 135 v9 Old

▶ イベントレート

14

Neutrino Selection (H)

• Accidental Background を考慮したセレクションを行う

Prompt Delayed(H)

▶ 　 Without Accidental

P D

0 0.5-600 900

t[μs]

600

Time Coincidence

Delayed Energy Window1.8 < E < 2.6 MeV

Coincidenceprompt と delayed の距離 < 0.6m

Gd Selection との相違点

15

Accidental Background

• ランダムに発生し selection 条件を満たしてしまうイベントをバックグラウンドとして計上する

• 実際の prompt の後に適当な offset time の仮 prompt を設定して、 delayed 条件を満たす信号の頻度を調べる

P D

0 0.5

1st[μs]

150

P D

0 0.5 150

■ MCー On timeー Off timeー after substract

▶ 　 Hydrogen capture spectrum (tech note)

16

Conclusion– 水素とガドリニウムによる中性子捕獲のイベントを用

いて、検出器のレスポンスマップの作成を行った– Gd 捕獲のニュートリノイベントのセレクションに

とりかかった

Next– 新モンテカルロとデータの解析– MC の反射率を変え、レスポンスマップの Data と MC

の違いを埋めるための cosα 補正の起源を調べる– 各パラメータを見て、 5MeV 付近のイベントを BG と

して取り除くことができないか調べる

– Neutrino candidates に混入している Accidental BG の見積もりを off time 法を用いて行う 17

BACKUP

18

19

Neutrino SelectionMuon Veto• EvisID0 > 20 MeV• ChargeIV[0] > 30000 DUQ

Valid Trigger• Not a random trigger (20bit 目以上が 0)• Not a muon• ∆Tμ > 1 msec• EvisID > 0.4 MeV• Not a light noise

Light Noise• Qratio[1] < 0.12• RMSTstart < 36nsec or QRMS < 464 – 8*RMSTstart• Qdiff < 30000 DUQ

Multiplicity Cut• prompt の前 200μsec, 後 0.5μsec 以内に valid trigger がないこと• prompt の後 600μsec 以内に delayed が一つしか無いこと

20

Prompt Energy Window• 0.5 < EvisID < 20MeV

Delayed Energy Window Gd Analysis• 4 < EvisID < 10MeV

FV Veto Gd Analysis• EvisID>0.068*exp(Vtx_BAMAfuncV/1.23)

->cut

IV Veto• NHitIV[0] > 2• ChargeIV[0] > 400 DUQ• ΔdID-IV < 3.7 m

Δd2 = Σ(Vtx_BAMA[i] – VtxIV[i])2

• -110 < ΔtID-IV < -10 nsΔt = StartTID[0] – StartTIV[0]

全て満たすものは cut

OV Veto• OVTrigCoin != 0 　 ->cut

Neutrino Selection

Li9 Reduction• LiHelike[0] < 0.4

Coincidence Gd Analysis• 0.5 < ΔT < 150μs• ΔR < 100cm

ΔR2 = Σ(Vtx_BAMAdl[i] – Vtx_BAMApr[i])2

21

Neutrino Selection (Gd)

22

Neutrino SelectionDeltaRPrompt EvisID Prompt EvisID0

Delayed EvisID0Prompt EvisID DeltaT

ー　自分のセレクションのみー　 list のみ

23