Pomiary oddziaływań  w eksperymencie Miniboone

Pomiary oddziaływań  w eksperymencie Miniboone Uniwersytet Warszawski Magdalena Posiadała

Plan seminarium • Wyniki LSND • Eksperyment Miniboone –wiązka neutrin • Detektor • Sygnatura oddziaływań neutrin w detektorze • Przekroje czynne na oddziaływania  • Plan Miniboone na 2006 rok – wiązka antyneutrin • Podsumowanie

8.3m long 5.7 m diameter L=30m Oscillations? Signal: ep e+ n n p  d (2.2MeV) Eksperyment LSND LSND zbierał dane: ‘93-98 oscylacje:   enapoziomie 3σ  e na poziomie 4σ 20 < En< 53 MeV www.panic05.lanl.gov/abstracts/308/Djurcic Zelimir

!!! http://www-boone.fnal.gov/slides-talks/conf-talk/shaevitz/M_Shaevitz_Now2004.pdf

LSND  nowe neutrino(a) tzw. sterylnesModele (3+>1) M.Sorel, J.Conrad, M.S. hep-ph/0305255

Miniboone • Cel: definitywnie potwierdzić albo wykluczyć wyniki LSND • I etap 2002 -2005 rok wiązka neutrin: e • II etap 19 stycznia 2006 roku  wiązka antyneutrin: e • Jeśli potwierdzi wynik LSND – możliwość 2 detektora

http://www-boone.fnal.gov/slides-talks/conf-talk/shaevitz/M_Shaevitz_Now2004.pdfhttp://www-boone.fnal.gov/slides-talks/conf-talk/shaevitz/M_Shaevitz_Now2004.pdf

Wiązka  () w Miniboone • protony o energii 8GeV zderzane z tarcza berylową • produkowane mezony wtórne, w wyniku rozpadu których powstają (anty)neutrina mionowe • dzięki odpowiednim ustawieniom magnesów możemy otrzymać wiązkę neutrin jak i antyneutrin mionowych • pulsy o szerokości 1,6s o średniej częstotliwości <5 Hz>

protony zderzają się z tarczą Be strumień : małe tło e : Strumień neutrin  symulacje MC wiązki e/=6x10-3 www-boone.fnal.gov/publicpages/runplan.ps.gz

800 ton CH2 olej mineralny 445 ton obszar czuły (FV) 1520 PMTs 1280 + 240 PMTs jako obszar veto Pomiar reakcji CC: promieniowanie Czerenkowa: kierunkowe próg energetyczny Ecz > 1.5mcz scyntylacje : izotropowe nie ma progu energetycznego Detektor średnica 12m

v neutrino2002.ph.tum.de/pages /transparencies/tayloe/index.html

Dm2 = 1 eV2 Dm2 = 0.4 eV2 Miniboone – czułość eksperymentu • Zbadanie sygnału z LSND na poziomie 4-5σ • potrzeba1x1021 pot (protons on target) • niepewności syst na poziomie ~5%

Kalibracja  e elektrony Michel’a z rozpadu : kalibracja E dla niskich energii (52.8 MeV), 12% E res at 52.8 MeV pik masy 0: zdolność rozdzielcza dla średniej energii (135 MeV), miony kosmiczne energia & zdolnośćrozdzielcza dla E (100-800 MeV), możliwość wyznaczenia zasiegu mionu w detektorze

fpgh.hep.okayama-u.ac.jp/-NuInt/main/session2/wascko_20050926fpgh.hep.okayama-u.ac.jp/-NuInt/main/session2/wascko_20050926

Identyfikacja cząstek Pierścienie Czerenkowa – wstępne źródło identyfikacji produktów powstałych z oddz.  w detektorze beam m candidate nmn m- p e- candidate nen  e-p beam p0 candidate nmp nm pp0 n n p0→gg

K2K Miniboone Fizyka neutrin ~1GeV • Dane z eksperymentu Miniboone dostarczą informacji o nisko-energetycznych oddziaływaniach neutrin • Statystyka Miniboone będzie największa w stosunku do wszystkich pozostałych eksperymentów w zasięgu E~1GeV

Przekroje czynne na reakcje CCQE CCQE (Charged Current Quasi Elastic) Słabo znane σ poniżej kilku GeV hep-ex/0312061

Reakcje CC z produkcją 1 Rezonansowa produkcja (np. 80% 0 produkuje się rezonansowo) -∆(1232)

produkcja koherentna rozpraszanie  na całym jądrze 0 rozproszone do „przodu” (małe Q2) Reakcje CC z produkcją 1+

Reakcje NC z produkcją 1 • Brak danych eksp. poniżej <E>= 2GeV!!!

Miniboone - dane dla wiązki neutrinowej

Selekcja CCQE max 1 elektron Michel’a e- 20<NPMT<200 Selekcja oddziaływań CCQE: 10 zmiennych potrzebnych do wyznaczenia topologii oddziaływania dla pierścienia Czerenkowa pochodzącego od 1 mionu Czystość próbki : 86%

deficyt  „do przodu”  Quasi-Elastic Events pomiar : widocznejE oraz θ z prom.Czerenkowa() + światło scyn.(p) www.slac.stanford.edu/econf/C040802/lec_notes

Dane CCQE • Rekonstrukcja: • energii neutrina E fpgh.hep.okayama-u.ac.jp/-NuInt/main/session2/wascko_20050926

Q2 = m2 - 2E(E-pcos) Dane CCQE • dla małych Q2 niezgodność danych doświadczalnych z MC • małe Q2 – duże znaczenie efektów jądrowych!!! • zakaz Pauliego pn > pF • efekt widoczny równieżw K2K Nove_Zeller_Venice06

Powstają 2 elektrony Michel’a e- (20 < NPMT < 200) Selekcja dla CC1+ czystość próbki 84% tło od N , QE

40% of pions stops fpgh.hep.okayama-u.ac.jp/-NuInt/main/session2/wascko_20050926

Czas życia  • W detektorze Miniboone nie ma pola B . • Jak odróznić sygnał - od + ??? • 8% - ulega wychwytowi w CH2 • Stąd mion dodatni i ujemny charakteryzują się różnym !!! czasem życia: • t =2026 sdla - • t =2197 ms dla + hep-ex/0602051

małe Q2 dla  „do przodu” Dane CC1+ rekonstrukcja kierunku  z prom. Cz. fpgh.hep.okayama-u.ac.jp/-NuInt/main/session2/wascko_20050926

Dane CC1+ • Rekonstrukcja E z wykorzystaniem zmierzonej E oraz jego kierunku • założenie : • proces 2 ciałowy (QE) • ∆1232 to stan końcowy, zamiast p (tak jak w CCQE) • zdolność rozdzielcza 20%

Współczynnik CC1+/CCQE • Stosunek N(CC1+)/ N(CCQE) • W CCQE dla wysokich energii - „wychodzi” z detektora • Próg dla CC1+ >CCQE • Obszar do dalszej analizy Błędy systematyczne: • propagacja światła w oleju(20%) • przekrój czynny(15%), energia zrekonstruowana(10%), statystyka(5%) Poprawiony na: -rozmycie E -efektywność selekcji -tło fpgh.hep.okayama-u.ac.jp/-NuInt/main/session2/wascko_20050926

Współczynnik CC1+/CCQE (10-36 cm2) fpgh.hep.okayama-u.ac.jp/-NuInt/main/session2/wascko_20050926

CC1+przekrój czynny • zmierzony współczynnik CC +/QEwymnożony przez teoretyczne przewidywania dla przekroju czynnego na QE • ~σ o 25% niższy od przewidywań, ale w granicy niepewności (10-36 cm2) (J. Monroe, M. Wascko) fpgh.hep.okayama-u.ac.jp/-NuInt/main/session2/wascko_20050926

Przekrój czynny • Pierwszy pomiar przekroju czynnego dla  dla tak • niskich energii ~1GeV • Kluczowe jest zrozumienieefektów jądrowych • dla tego zakresu energii aby wyjaśnić otrzymane • wyniki • Nowe modele teoretyczne??

Miniboone program z wiązką antyneutrinową start : 19 styczeń 2006 rok

Motywacja • ostateczne potwierdzenie lub wykluczenie sygnału LSND e • poszukiwanie łamania CP wymaga pomiaru oscylacji dla neutrin e jak i ich antyneutrin e • wyznaczenie przekrojów czynnych na oddziaływania dla antyneutrin, które jak dotąd znane są bardzo słabo

kilka pomiarów σ brak danych poniżej 1GeV!!! Miniboone przewiduje ~ 40,000 zdarzeń (przed cięciami) dla 2*1020 POT Rozpraszanie CCQE wascko_nufct05_20050623

Porównanie σ dla i  σ dla  dla 1 GeV jest ok.. 3 razy mniejszy od σ dla  !!!

tylko 1 pomiar 25% niepewności przy 2GeV Stanowi b.duże tło dla poszukiwania sygnałue (appearance)w wyniku oscylacji  NC o wascko_nufct05_20050623

Wykluczenie/potwierdzenie sygnału LSND może być w pełni dokonane przy wiązce antyneutrinowej Porównanie LSND z wynikami KARMEN Czułość na e wascko_nufct05_20050623

Podsumowanie • Zebrano > 700k oddz.neutrin (> 1k antyneutrin) (7 x 1020 POT) • Największa próbkadanych dlaenergii 1 GeV • Zmierzony przekrój czynny dla małych Q2 jest mniejszy • od oczekiwanego • Zrozumienie dla CC1+ dla niskich wartości energii • neutrin E - rola efektów jądrowych!!! • Zmierzony względny współczynnik CC1+/CCQE dla • dużej statystyki • Wkrótce : • wyniki oscylacji dla e !!!!

Back up slides

ostateczne potwierdzenie lub wykluczenie sygnału LSND e poszukiwanie łamania CP w przyszłych eksperymentach (poza „osią” wiązki) wymaga pomiaru oscylacji dla neutrin e jak i ich antyneutrin e sektor CP w niektórych modelach może występować tylko dla antyneutrin wyznaczenie przekrojów czynnych na oddziaływania dla antyneutrin, które jak dotąd znane są bardzo słabo Motywacja Asymetria prawd. oscylacji dla  i  w funkcji prawd. oscylacji dla  dla modelu 3 +2

dla wiązki neutrin tło od  jest bardzo małe ~2% dla wiązki antyneutrin tło od  ~ 30 % Miniboone nie ma pola B aby odróżnić znaku wychodzącego  , przypadek po przypadku, czyli oddziaływań  od  Oddziaływania  - WS wascko_nufact05_20050623

Spodziewana liczba przypadków oddziaływań dla wiązki antyneutrin w Miniboone na podstawie nuance MC 2*1020 POT 550cm fiducial volume zbieranie danych do końca 2006 roku zdarzenia tzw WS stanowią ok. 30% wszystkich zdarzeń Miniboone dla  hep-ex/0602051

Sposób oszacowania przypadków WS • Miniboone opracował 3 metody oszacowania tła od neutrin mionowych . Opierają się one na pomiarze: • rozkładu kątowego cosθ w oddz. CCQE • czasu życia mionu • liczby przypadków CC1+

Pomiary oddziaływań  w eksperymencie Miniboone