New results of neutrino
interactions@Neutrino2008
22th Neutrino meeting, 2008 June 27
Gaku Mitsuka(ICRR,University of Tokyo)

Outline• なぜ今、ニュートリノ相互作用か？
• どんな実験でニュートリノ相互作用の研究が行われているか• 最近の結果• まとめと今後の展望

Why neutrino interactions now ?

• ニュートリノ振動実験は新たなステップへ
発見と追認→精密解析
e.g. SK, K2K→MINOS, T2K• CP violationの測定では反ニュートリノの断面積が重要になる• 遠い将来、断面積の誤差がメガトン検出器の精度をspoilするかもしれないNeutrino cross sections"(! µ )/E! (× 10-38

cm2 GeV-1)

CC νμ on Hydrogen or Deuterium

0.9

HydrogenやDeuteriumに対する0.8

CCQE0.7

実験データは、古いながらも0.6揃っている

0.50.4DIS

0.30.2Single π+

0.1
00.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5
5E! (GeV)Neutrino cross sections"(! µ )/E! (× 10-38cm2 GeV-1)

CC νμ on target heavier than H or D
0.9
0.8

CCQE

0.7

Carbon付近の原子核に対す

0.6るデータは少ない

0.50.4DIS

0.30.2Single π+

0.1
00.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5
5
E! (GeV)Neutrino cross sections"(! µ )/E! (× 10-38cm2 GeV-1)

CC νμ on target heavier than H or D
0.9

MiniBooNE, T2K
Carbon付近の原子核に対す
CCQE

0.80.70.6

るデータは少ない

0.50.4DIS

0.30.2Single π+

0.1
00.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

44.5
5
E! (GeV)Neutrino cross sections"(! µ )/E! (× 10-38

cm2 GeV-1)

CC νμ on target heavier than H or D
0.9

MiniBooNE, T2K
Carbon付近の原子核に対すCCQE
るデータは少ない
K2K

0.8
0.7
0.6
0.5
0.4

DIS

0.30.2Single π+

0.1
00.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5
5
E! (GeV)Neutrino cross section
CC νμMiniBooNE, T2KT2K実験が行われる領域にはデータがないNeutrino cross section
CC νμMiniBooNE, T2K

T2K実験が行われる領域にはデータがない

次世代ニュートリノ実験の精度を上げるためにはニュートリノ相互作用の理解が不可欠Talk for neutrino interactions@Neutrino 2008
Plenary talk

• Low energy neutrino scattering-

K2K,MiniBooNE,SciBooNE,MINERvA(Sam Zeller)
Poster• Overview of SciBooNE (Morgan Wasco)• MINERvA (Ric Gran)Talk for neutrino interactions@Neutrino 2008
Plenary talk

• Low energy neutrino scattering-

K2K,MiniBooNE,SciBooNE,MINERvA(Sam Zeller)
Poster• Overview of SciBooNE (Morgan Wasco)• MINERvA (Ric Gran)
決して多くないが、内容は濃い

Neutrino interactions"(! e)/E! (× 10-38

cm2 GeV-1)

K2K(SciBar): CCQE, CC inclusive π+, π0
MiniBooNE : CCQE, NC π0
SciBooNE : CC inclusive, CC inclusive π+νμ CC cross section

0.9! + n # µ- + p
CCQE! + p # µ- + p + $+! + n # µ + n + $+ Single π via resonance! + n # µ- + n + $0
! + A # µ + A’ + $+ Coherent π x 10! + q # µ + q’ + X Deep inelastic scattering

0.80.70.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
00.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5
5E! (GeV)K2K experiment(1999~2004)
1kton detector(H20)First measurement of NCπ0 in H2O
PLB 619 255(2005)

Scintillating fiber tracker
SciFi(H2O)
First measurement of MAQE in H2O
PRD 74, 052002(2006)

Fully-active scintillator strip
SciBar(C8H8)First search of CC coherent π
PRL 95, 252301(2005)

現在はSciBooNE実験で活躍中!

+K2K new result : CC π
σccπ+/σQE

ν+n→μ-+n+π+
ν+p→μ-+p+π+

ANLとconsistentcross sectionの比を求めることでfluxの不定性を避ける

MCとconsistentσccπ+/σQE = 0.736+-0.086(fit)+0.076-0.103(nucl.) +0.079-0.073(syst.)
断面積比の理解は20%のレベル、12Cで初の結果
ちなみにT2Kの目標レベルは10%以下

0New K2K result : CC π479 CC π0 events
59%purity, 8%eff.

ECMRD

0K2K new result : CC π

ANLの結果とconsistentMulti π via resonance
DISSingle π via resonance
σccπ0/σQE = 0.306 +- 0.023(stat.) + 0.023 - 0.021(syst.)
10%の精度で観測

0K2K new result : CC π

ANLの結果とconsistent

MC total
Multi-πに関してdataはMC
Multiπviaresonanceよりも30%程度大きい
DIS
Single π via resonance
σccπ0/σQE = 0.306 +- 0.023(stat.) + 0.023 - 0.021(syst.)
10%の精度で観測

K2K new result : CCQE
QEの理解は特に重要！

• Nuclear effects-Fermi gas model使われている• Form factor-Vector FFはe- scatteringからよく理解されている-Axial FFはそれほど理解されていない(ν scat.)gA
FA (Q ) =2 /M 2 )2(1+QA
dipole FF
2

MAによって断面積分布の形状、大きさが変わる

K2K new result : CCQE

MA = 1.144+-0.077(stat.)+0.078-0.072(syst.)(歴史的にworld averageは1.03GeVとなっている)

MiniBooNE experiment(2002~)

ν beam : FNAL BNB
Cerenkov detector(CH2)<E>~0.7GeVνν両方のデータを持っている

MiniBooNE new result : CCQE
W =! Ehi
Elof (k, q, w)Tµν dE

before fit

f(k,q,w) : nucleon phase space density function
Tμν : nucleon tensor!
after fit
Ehi = p2F + M 2!
non-QE
Elo = κ( p2F + M 2 − w + EB )BG

BG

MA = 1.23+-0.20→high Q2
κ = 1.019+-0.011(/Pauli blocking)→low Q2

MiniBooNE new result : CCQE
data-MC ratio
before fit
MA=1.03GeV
χ2/dof=79.5/53

Q2分布だけを使ってfitしているが他の data-MC ratio
kinematicsも改善している

after fit

MA=1.23GeV
κ=1.019χ2/dof=45.1/53

MiniBooNE new result : CCQE
data-MC ratio
before fit
MA=1.03GeV
χ2/dof=79.5/53

Q2分布だけを使ってfitしているが他の data-MC ratio
kinematicsも改善している

after fit

MA=1.23GeV
κ=1.019χ2/dof=45.1/53

0MiniBooNE new result : NCπ
νe appearance searchのBGになり得る→理解が必要

π0→γγ28,600 νμ NC π0 events
97% purity, 40%error
NC resonance π0 : データが少ない、不定性~40%NC coherent π0 : データが少ない、CCも理解されていない、不定性>50%

0MiniBooNE new result : NCπ• 2GeV以下のエネルギーにおける、初の測定(J.RaafのPh.D thesisを除く)• 14%の精度で観測(νe searchの不定性を下げるのに有益)• MCの予測(Rein&Sehgal)よりも35%ほど小さい

Coherent π0 fraction = (19.5+-0.27)%
MC prediction = 30%

SciBooNE experiment(2007~)
K2Kで使われていたSciBarとECを使用
MRDも過去の実験の部品を再利用
2007年5月からoperation開始
先日ν=1x1020、ν=1x1020を達成!!

SciBooNE new result : CC inclusive
96%pure CC
Cosmic BG<0.5%
21,431 events

MRD-stopped eventのみ使用

SciBooNE new result : CC inclusive
SciBarMRD

MuCL : muon confidence level with dE/dx
protonとMIPを区別する

+SciBooNE new result : CC π∆θp>20˚ && 2nd track PID(µ or π), CC π+ ~ 1200 events

K2KのCC coherent πの結果とconsistent ?

Summary• K2K, MiniBooNE, SciBooNEの最新結果が発表された• 個人的な意見- QE: 現在のformalismに基づき、M のﬁtだけでデータを再現する
Aのは不可能→新しいモデルが求められる-Single π via resonance: 核内効果についてはQEと同じ。resonanceからの2π反応の理論的な研究が進んでいるそうなので期待-Coherent π: データが少ないので何とも言えない
MiniBooNE, SciBooNEの高統計の結果が待たれる

ご清聴ありがとうございました