1. OPERA 実験における ECC 中での 電磁成分の解析 特定領域「フレーバー物理の新展開」研究会 2011 名古屋大学 F 研 北川暢子

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 5 年間に計 22.5×10 19 POT 相当のニュートリノを照射、 1.25kton の標的に約 24,000 反応を蓄積する 予定。 期待される τ ニュートリノ反応の同定数は約 10 個。

3. The OPERA Detector ν CS 125mm 100mm 75.4mm 8.3kg Neutrino Beam 57 枚 OPERA フィルム ( 飛跡検出 ) 56 枚 1mm 鉛板 ( ニュートリノ標的 ) を積層した構造 1ECC 当たりの物質量は 10X 0 ECC 内で電子シャワーの発達・収束が見える CS ECC

4. 電子の飛跡を用いたニュートリノ反応点探 索 10~20 plates upstream CS ECC ニュートリノ反応点探索は主に Scan Back 法 ＝ CS で見つけた飛跡を元に ECC 中に繋げて上流へと追い上げる 電子シャワーの辿り着いた付近並びに上流のプレートをスキャンして飛跡の再構成を行う (a) 上流で VTX が見つかった >> 追い上げた電子シャワーは  0 →2  からの電子・陽電子 (b) 電子シャワーと同じプレートで VTX が見つかった >> e CC 反応 (a) (b)

5. 電子ニュートリノ反応の探索 ・現在、 2556 個 (2008+2009+2010 の一部 ) の CC （ mu 付き）イベントに対し 14 個の電子ニュートリノ反応候補が見つかっている ・ 14 個のうち 12 個が、 CS での電子シャワーの飛跡を SB して VTX に辿り着いた 電子ニュートリノ反応と同定するには、反応点から生じる全ての粒子 を約 20 プレートの follow down( 下流に向かって追い下げる ) 、または netscan(1~2cm 2 ) をし、電子同定をしなければならない しかし、これは手間が掛かり、 location と平行して 全ての 0mu イベントに対し行うことは難しい ＜本研究の目的＞ 検出効率を落とさず、効率良く電子ニュートリノ反応 候補の選び出しを行う

6. 探索方法１ NC-like (0mu) イベントの CS に電子シャワーの塊があるものに着 目 Sample 1Sample 2 TT CS

7. CS でのシャワートラックの本数と vtx の深さの関 係 vtx plate No. beam 半径： 2mm 角度差： 150mrad 条件を満たす最大のトラック本数

8. 探索方法２ 反応点から生じた二次粒子をその角度と位置を使って、 CS 上に延長する 電子ニュートリノ反応により生成される 1ry electron は high energy なため、 CS に延長した先に電子シャワーの塊が見れるはず イメージ図 VTX の位置 VTX plate から始まる飛跡 VTX plate の 1 枚下流から始まる飛跡 VTX plate の 2 枚以上下流から始まる飛跡 それぞれを CS 上に延長した場所を表す

9. 探索方法２ Z-projection X-projection

10. CS でのシャワーの中心値と 1ry トラックを CS に延長した位置とのずれ

11. Pi0 からの shower の例

12. Selection 効率 Selection の条件 ① CS で r<2mm,  <150mrad となるトラックの集団をカウントする ②其の数が 4 本以上となるイベントを選ぶ ③さらに、二次粒子を CS 上に延長し、 その位置と①で選ばれたトラック集団の中心値との位置ズレ dr<2.5mm のイベントを選ぶ MC による効率の見積もり e CC DIS 553 → 409 ~ 0.74  NC 526 → 46 ~ 0.09   からの電子シャワーによる BG preliminary

13. BG となるイベント

14. 1micron 顕微鏡で見た電子対の画像 emulsion TAC base 0.002Xo γ 290um Gamma-ray OPERA film OPERA film 中での 近接する電子対の見え方

15. BG となるイベント Eye check により Target となる飛跡と 並走するもう１本の飛跡を見つけた ↓ e CC 反応の 1ry 電子 ×  0 →2  →e+ e- ○

17. kinematical cut ＊ 1ry VTX から生じる電子の飛跡に対し、 1GeV 以上を要求する ＝ 1st lead plate 中で convert した soft γ を排除する NC-like 238 イベント中の 709 gamma について (MC) (theta <0.6) 1st lead plate 中で convert する γ 線の内 生じた電子対の一方でも E>1GeV に受かる γ→e+ e- は 8γ E1(GeV) E2(GeV) 角度差 (rad) 位置ずれ (um) 1.19 1.01 0.0060 1.17 1.04 1.04 0.0107 2.74 3.21 1.74 0.0002 0.52 2.45 1.02 0.0018 0.63 0.06 1.23 0.0691 7.52 2.16 0.09 0.0806 10.96 0.41 5.32 0.0090 2.04 0.72 1.37 0.0051 1.93 電子対と同定するのは難しい preliminary BG : 2/238~ 0.8%

18. Ref: “CNGS neutrino beam from CERN to Gran Sasso” Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 168 (2007) 169-172 visible energy 20GeV 以上 Beam e / oscillated e ( e + e ) /  0.87 % （ MC)

19. まとめと展望 現在、 2556 個 (2008+2009+2010 の一部 ) の CC （ mu 付き）イベントに対し 14 個の電子ニュートリノ反応候補が見つかっている CS の情報を用いて効率的に電子ニュートリノ反応候補の選び出せることを示した 267 個の 0mu イベントに対し電子ニュートリノ反応候補の選び出しと 候補イベントからの同定を行っている   からの電子シャワーによる BG のスタディーを行っている 電子ニュートリノ反応探索手法の確立を目指す