1. The OPERA Collaboration: 170 physicists, 33 institutions in 12 countries A. Ereditato - LNGS - 31 May 2010 1 http://operaweb.lngs.infn.it/ A. Ereditato - LNGS - 31 May 2010 1 OPERA: CERN CNGS1 and LNGS experiment OPERA 2011 年 7 月 1 日 「フレーバー物理の新展開」研 究会 佐藤 修 （名古屋大学）

2. CERN SPS 732km  OPERA の目的 : 長基線ニュートリノビームライン CNGS で νμ→ντ 振動を アピアランス法 で検証する。  Appearance ( Δm 23 2 = (2.43±0.13)×10 -3 eV 2, sin 2 2θ 23 = 1.0, L/E = 43km/GeV ) [ Phys.Rev.Lett.101:131802,2008.] CNGS, conventional, pure  beam Underground Laboratory INFN Gran Sasso 17 GeV ( e + e ) /  0.87 %  /  2.2 %  prompt negligible

3. 主検出器 ECC 57 枚 OPERA フィルム ( 飛跡検出 ) 56 枚 鉛板 ( ニュートリノ標的 ) 8.3kg 10X 0 125mm 100mm 75.4mm Neutrino Beam

4. 実績値 今年のラン終了 時 5 E 19 以上 行きそう。 +0.4 E 19

5. CNGS beam performance YearBeam days その年の P.O.T. (10 19 ) 積分 POT の プロポーザル比 20081231.787.9% 20091553.52 23.6 ％ 20101874.04 41.5 ％ 20111012.69 @Jun27 5. ＠ 11 月末 53.5 ％ 63.7 ％ 2012 予定 4.5 83.7 ％ プロポーザルＰＯＴ ： 22.5 10 19

6. The OPERA Detector Target section Muon spectrometer Super Module 1Super Module 2 1.25kton のターゲット 15 万個の ECC

7. The OPERA Detector Target section Muon spectrometer Super Module 1Super Module 2 Brick Manipulator System ECC brick 1.25kton のターゲット 15 万個の ECC

9. ECC ν Examples of Neutrino Event

10. The OPERA Detector ν ECC 10cm 2.6cm 12.5cm Changeable Sheet (CS) T TT T

11. “New” Nagoya Scanning Station 5S-UTS 2008 年～ 2011 年 4 月まで東濃鉱山（土岐市）の事務所間借り。 201 １年４月名古屋大学に帰還。

12. Neutrino event location 5 mm CS ECC CS  ~100cm 2 large area scan ECC  ~100  100  m 2 point scan How to locate 1. Connect track CS to ECC. 2. Follow up track in ECC. (Scan Back method) 3. Confirm the stop plate. 4. Scan around stop plate. The Plate changer system for Scan Back in Japan. Films of ECC put to a seat for changing plates easily. STOP

13. Suts で CS すきゃん 4 hour to scan full area Of one film 10cmx10cm

14. 10mm 100 micron tanθ = 0.5 Zoom in microscope view 1. E 08 tracks / Film

15. 1cm 2films 600micron 160 micron Using 2 films (4 emulsion layer) hits Requesting Tracks position difference ~ micron Tracks angle difference Manual eye inspection Microscopic side view CS full size frontal view  Only tracks record at experimental hall, tracks from neutrino events.

16. CS Scanning 引越し前 51.8ev/week 引越し後 59.5ev/week 2010+2011runs

17. 1 cm 1cm ・ 1cm ・ 10 枚 １ ) 鉛を越えてつながらないもの 低エネルギーの環境放射線 ベータ・ガンマ ２）全プレイトを貫通するもの １）、２）を排除 反応点確認。 崩壊点探索用データ。 位置精度 ~ ミクロン 角度精度 ~2mrad

18. 2010 年 6 月 1 日から 2011 年 6 月 15 日までに 1017 本（ 921 イベント）を ECC 中で Stop と判定した。 うち、 633 本（ 558 イベント）がネットスキャン解析により Vertex が組めている。 これを使って正しい位置までトラックが追えたか評価。 ± ０ 476 81.1% = 476/588 ± １ +7+60 92.3% = 543/588 ± ２ +1+14 94.9% = 558/588  約 95% がプレイト２枚以内でただしく追えている。 More +7+47 追い上げのストップ点の信頼性

19. １反応あたりの解析 CS 枚数

20. Decay topology search IP distribution for   events (MC) IP distribution for:   events (MC) NC+CC  events (MC), NC+CC  events (Data) A Charm event (dimuon event) Kink angle = 209mrad Flight Length = 1330micron Decay P t ~ 460MeV/c 1ry  Charm ++

21. 反応点検 3513 反応 崩壊探索完了 3232 反応 OPERA 解析反応数 2011 2010 2009 2008 ECC 取り出し ECC 正解 反応点検出 崩壊探索完了 イベントトリガー

22. Vertex position (2008&2009run)

23. CC NC x-projectiony-projection １ bin=5mm

24. NC CC ニュートリノ反応点からのトラック本数分布 (2008 ＋ 2009run @20110606)

25. 核破砕片の反応点探索への利用 ・ OPERA フィルム中に核破砕片の BackGround はごく少ない ・核破砕片のスキャン efficiency はほぼ 100% 活用 スキャンバックトラックを追い上げると 1 本のままい なくなり、 反応点と断定できなかったイベントで核破砕片探索 結果 角度アクセプタンス tanθ<0.6 のスキャンで 28% のイベントで核破砕片を発見、 （ＶＴＸを作っているイベントと変わらない値） 反応点探索に利用すべき！ 角度 アクセプタンス θ

26. 核破砕片の反応点探索への利用 開発 さらに角度アクセプタンスを広げてとる開発 結果 角度アクセプタンス tanθ<3.5 までのスキャンが可能になった。 （ Tanθ<0.6 のときの約 4 倍の数の核破砕片の発見が期待でき る。） さらに角度アクセプタンスを広げたい (Tanθ<1.0 ではＶＴＸイベントの 80+-20% で発見 )

27. 現在、論文にまとめている解析集団。 2008+2009 runs 0mu1muAll Events predicted by the electronic detector150337525255 Interactions located in ECC51922802799 Located in dead material54245299 Decay search performed49422442738 1088 in Phys. Lett. B691 (2010) 138 ニュートリノ 2010 の 2.5 倍。

28. Charm events as a control sample (data versus MC) TopologyObserved eventsExpected events CharmBackgroundTotal Charged 1-prong1315.91.917.8 Neutral 2-prong1815.70.816.5 Charged 3-prong55.50.35.8 Neutral 4-prong32.0<0.12.1 Total3939.1±7.53.0±0.942.2±8.3 Decay length of charmed particlesAngle between the charmed particle and the primary µ in the transverse plane チャームはちゃんとつかまっている。

29. VariableValue kink (mrad)41 ± 2 decay length (µm)1335 ± 35 P daughter (GeV/c)12 +6 -3 Pt (MeV/c)470 +230 -120 missing Pt (MeV/c)570 +320 -170 ϕ (deg) 173 ± 2 Detection of the first  candidate event PLB691 (2010) 138 Neutrino 2010 28/06/2011

30. τ ニュートリノ反応検出数の期待値 One  candidate observed in the  → h channel where 0.49±0.12 events are expected with a background of 0.05±0.01 event The probability for the event not to be due to a background fluctuations is 95% Decay channel Number of signal events expected for 22.5×10 19 p.o.t. Analysed sample  → µ 1.790.39  → e 2.890.63  → h 2.250.49  → 3h 0.710.15 Total 7.631.65 ちなみに 2011 年ランまで解析完了 →4.86 個、 BG=0.35 2012 年ランまで解析完了 →6.38 個、 BG=0.46

31. バックグランド Charm production cross-section increased (last CHORUS data) Fragmentation fraction into D + increased from 10% to 22% Improvements due to the track follow-down Significant reduction of the background in the  →µ channel Production and decay of charmed particles Hadron re-interactions Large angle µ scattering Decay channel Number of background events for: 22.5×10 19 p.o.t.Analysed sample CharmHadronMuonTotalCharmHadronMuonTotal  → µ 0.0250.000.070.09±0.040.00 0.020.02±0.01  → e 0.22000.22±0.050.05000.05±0.01  → h 0.140.1100.24±0.060.030.0200.05±0.01  → 3h 0.18000.18±0.040.04000.04±0.01 Total 0.550.110.070.73±0.150.120.02 0.16±0.03

32.  190 m of tracks one order of magnitude larger 534 interactions detected 214 kinks detected No events in the signal region  beam test によるハドロンバックグランドの検 証 Two 4 GeV/c  beam exposures: KEK and CERN Signal region 若手セッション：松尾

33. 核破砕片探索による崩壊検証 タウ粒子崩壊点から BlackTrack はでない。 → 崩壊候補点からの核破砕片の有無を調べてやれば 崩壊点かハドロン反応点かの検証ができる。 タウニュートリノの約 7 割がハドロニック崩壊であり、ハドロン粒子の反応が BackGround 研究 ハドロン反応からどれだけ核破砕片がでるか評価 結果 IP<50μm, 角度アクセプタンス tanθ<3.0 で 62% の 反応点に核破砕片がついていることを確認 タウ崩壊点候補からの核破砕片がないことを確認すればハドロ ン反応によるバックグラウンドを約 60% 減らせる。 Search Area

34. Electron Neutrino in OPERA Evis spectra Δm 2 23 =2.5 10 -3 eV 2 Sin 2 (2 θ 13 )= 0.14 (CHOOZ limit) CUT @ 20GeV νμ→νe intrinsic νe etc ビーム混入の電子ニュートリノ＝ 0.87 % 2008 年＋ 2009 年照射 2244 μ 付き反応 494 μ なし反応 2244*0.0087=19.5 個程度期待される。 電子ニュートリノ反応候補事象集積中。 現在：１０数例。 検出効率の見積もり。 イベントのエネルギー測定。 バックグランド事象見積もり。 若手セッション：北川

35. まとめ 2011 年ニュートリノ照射 CNGS は順調で 2008 年からの４年間での 最高値＝５・１０ １９ pot に届く勢い。 照射４年目、フィルムの品質は問題ない。 2008 年、 2009 年照射分のスキャン・解析終了。 ‐ 2738 事象の崩壊点探索終了 ‐ 期待値 =1.65 個に対して τ ニュートリノ反応候補１候補。 ‐ 論文投稿準備中、第１論文の 2.5 倍の解析完了数。 上記論文の為、 ECC の縁や角の反応まで丁寧に検出。 - １反応検出するのに複数個取り出す必要のあった反応に手間。 2010 年、 2011 年照射分の解析。 - 既に CS でニュートリノ反応からの飛跡を捉えて ECC を現像し てあるの の反応点検出及び崩壊探索を進める。 - １年程度で解析完了統計を倍にする事をめざす。 ニュートリノ照射は今年と 2012 年の照射まで予定。

36. Back Up

37. Target mass evolution -5% 20112010 2009 2008 Last BAM prod Black CS change

38. 2011 run: integrated pot so far

39. While analyzing 2008/09: analysis of 2010 and 2011 runs in progress 0mu1muAll Events predicted by the electronic detector116527473912 Extracted CS114627003846 CS Scanned104325173560 Found in CS47914201909 Interactions located in ECC156558714 Decay search113381494 Status of the 2010 run

40. Improvements in the understanding of the electronic detector New Journal of Physics 13 (2011) 053051 µ momentum x charge Reconstructed energy for 1µ events Y- Bjorken for 1µ events Spectrometer µ

41. CC NC Multi Track VTX Single Track VTX

42. Full emulsion simulation OpEmurec code  Vertex position distribution within the brick: Located interactions for events without µ in the final state are compared with OpEmurec simulation

43. Further background reduction: detect highly ionising particles produced in hadron interactions h Nuclear Fragments ν NC h Up plate Down plate Daughter IP 49 views 8 GeV  Fragments slope distribution Forward fragments Backward fragments Data/MC (Fluka) comparison Highly ionising fragments kink probabilities: (1.53 ± 0.10) x 10 -4 kinks/NC (2 mm Pb) 20% less The first  candidate survives this cut

44. Background reduction: systematic track follow-up for muon detection Tested in the analysis of the first  candidate BG sources: Charm Hadronic interactions in µ CC with misidentified µ (  →h channel) Hadronic interactions in µ CC and NC (  →µ channel)

45. Track follow-down analysis Interaction visible in the brick Momentum/range correlation L = track length R lead = µ range ρ average = average density along the path ρ lead = lead density p = momentum measured in emulsion Discriminating variable Hadrons and muon stopping in the brick Mis-ID muons in charm events 3.28% (was 5%) 2 orders of magnitude reduction of the  →µ background due to µ mis-match in CC and NC events

46. Evis spectra Δm 2 23 =2.5 10 -3 eV 2 Sin 2 (2 θ 13 )= 0.14 (CHOOZ limit) CUT @ 20GeV Electron Neutrino in OPERA Origin of the intrinsic νe νμ→νe intrinsic νe etc

47. Sin 2 2  13 sensitivity Assuming :  23 =  /4,  m 2 23 = 2.5 x 10 -3 eV 2 Signal @ CHOOZ limit 13.0 ee 4.5  CC 1.0  NC 5.2 e CC beam 18.0 Pot(x10 19 ) sin 2 2  13 CHOOZ 5 years nominal systematics Nb of events ( 5 years running )   e oscillation search

48. Tono mine Kyoto Osaka Tokyo Kamioka Toki Nagoya