T2K-Side Muon Range Detectorとその現状
特定領域『フレーバー物理の新展開』
神戸大学大学院理学研究科
矢野孝臣
Takatomi Yano

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Contents

・ T2K 実験とは・ ND280 Detector
・ Side Muon Range Detector・ Cosmic/Beam events in ND280/SMRD
・まとめ

Takatomi Yano2

T2K 実験とは
T2K 俯瞰図

Tokai-to-Kamioka Experiment295Km 長基線ニュートリノ振動実験νeSK

実験施設・検出器

295km

ビーム源 : J-PARC 50GeV PS
J-PARC( 初期 30GeV)
前置検出器 : MUMON, ND280μν

T2K 実験の目的

1. νe appearance の探索
θ13 の測定 (δsin22θ13~0.01)

P(νμ→νe) =s223sin22θ13sin2(1.267Δm223L/E)

Takatomi Yano

後置検出器 : Super Kamiokande

2. νµ disappearance の精密測定
θ23, Δm223 の測定(δsin2θ23~0.01, δ(Δm223)~10-4eV2)
P(νμ→ντ) =sin22θ23sin2(1.267Δm223L/E)
3

ND280 Of-Axis 検出器
目的 : SK 方向 ν ビームの E, フラックス , フレーバー測定
νPit 模式図
B1

SSOff-Axis
SK

構造

NC(νμ+ n →π0+νμ+ n) 測定 (P0D)

CC(νμ+ n →μ + p) 測定 (FGD, TPC)

後部

UA1 電磁石(0.2T Dipole)ν beam

前部

INGRID

周囲
大角度散乱 μ の E 測定 (ECAL, SMRD)

B2

Takatomi Yano

4

2010/1/26
内部検出器設置後
電磁石閉作業中ND280 Of-Axis 検出器
目的 : SK 方向 ν ビームの E, フラックス , フレーバー測定
25m

νPit 模式図
B1SSOff-Axis
SK

NC(νμ+ n →π0+νμ+ n) 測定 (P0D)~9m

CC(νμ+ n →μ + p) 測定 (FGD, TPC)

後部
~6m

UA1 電磁石(0.2T Dipole)ν beam

前部

INGRID

周囲
大角度散乱 μ の E 測定 (ECAL,SMRD)INGRID

B2

Takatomi Yano

構造5

Side Muon Range Detector
SMRD Moduleν

B1

Coverage:66%

SMRD モジュールSS
B2

3~6 層構造
鉄 : 4.8cm
プラスチックシンチ :0.7cm

目的・ ν 反応による大角度散乱 μ のエネルギー測定
・宇宙線トリガー → 内部検出器キャリブレーション
・バックグラウンドイベント検出 ( 宇宙線等 )CC-QE 反応 :40% 、 CC-nQE:15% の μ が検出可。

Takatomi Yano

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SMRD モジュール
B1 ν
Vertical Horizontal
192mod. 248mod.

SMRD Counter
Thermal sensor
MPPCC profile
H profile
Bronze spring
Signal cable
SMRD modules (horizontal)

SS

SMRD カウンター・ MPPC ・温度センサ等をモジュール化したもの。
→ インストール・メンテナンスの簡便化
Horizontal モジュール : 4 SMRD カウンター
Vertical モジュール : 5 SMRD カウンターから成る。

B2

Takatomi Yano

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SMRD モジュール
B1 MPPC (Multi Pixel Photon Counter)ν光電面 : 1.3x1.3 mm2 667pixel
0.2T 磁場下で動作
ゲイン :~106 (OV: 〜 1.5V)
Vertical Horizontal
ノイズレート 〜 106 Hz
4011/4016ch が正常動作中。

SMRD カウンター

SMRD実機Counter: 熱電子イベント
Thermal sensor
0 p.e.
MPPC
1 p.e.
2 p.e.
C profile
H profileadcBronze spring- 時相関
Signalカウンター位置
cable
左右時間差 [bin]SMRD modules (horizontal)
SS
プラスチックシンチレータ +S 字溝 +WLS ファイバ
SMRD
カウンター・ MPPC ・温度センサ等をモジュー
ceff = 6.55 [cm/ns]
3
寸 : 870x167x7mm(Horizontal)
ル化したもの。
3B2
870x175x7mm(Vertical)→ インストール・メンテナンスの簡便化
全面に渡り良い時間線形性/ 光量特性を持つ。
長軸方向位置 [cm]Horizontal
モジュール:4SMRD
カウンター(MPPC 読出時 : >10 p.e. Efciency: >99%)(Threshold:2.5p.e.)Vertical モジュール: 5 SMRDカウンターから成る。

Takatomi Yano

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SMRD 読み出しエレキ
読出エレキマウント用レール

B1ν

TFB/ 温度センサ読出

CTM / RMMSS
B2

MCM / SCM

Takatomi Yano

128 枚の Trip-T Front-end Board を UA1 磁石側面に設置。
– Trip-T Front-end Board(TFB):• 64ch TDC (400MHz)• 64ch Low/High-gain AMP + ADC
システム全体で Cosmic/Beam/Pedestal Trigger を持つ。

→ 以上のインストールが 2009/07 月に終了
2010/1/28 Magnet 閉・磁場コミッショニング開始
現在宇宙線・ビームを用いて検出器コミッショニング中。
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宇宙線イベント ( 磁場なし )SMRD SMRD Triggered

検出器側面図P0D

EventCosmicTrack
上面図

Takatomi Yano

10宇宙線イベント ( 磁場あり )SMRD+DSECAL
Triggered Event

検出器側面図
SMRD
P0D

FGD

CosmicTrack?

DSECAL
Takatomi Yano

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SMRD
初ニュートリノイベント (09/12/19)
Y [mm]

FrontViewν
Y [mm]

SideView

νX [mm]

Z [mm]
Z [mm]

Z [mm]

νX [mm]
Takatomi YanoFirst Hit
16777ns

Last Hit
16792ns[ns]
12

両読みに成功した
MPPC の数

ニュートリノビーム (10/01/24)
拡大図
赤破線 :Expected Beam Timing
581ns

ビームのタイミングと合致したイベントピークを確認。
時間 [ns]Takatomi Yano13

まとめ・長基線ニュートリノ振動実験 T2K 実験の前置検出器、 Side Muon
Range Detector のインストールが ~2009/7 に行われた。
・ SMRD では 2009 年 12 月にニュートリノイベントが観測され、2010 年には 6 バンチのニュートリノビーム構造を確認した。
・ 2010 年 1 月の閉電磁石作業後には SMRD の宇宙線トリガーで、内部検出器での飛跡を確認した。
・現在は今年度の物理ビームランに向け、各トリガーでのデータを用いてコミッショニング中である。
・また解析用ソフトウェアも開発中である。
・内部検出器に宇宙線トリガーを供給し、協調したコミッショニング / 解析 / 動作を行っていく。

Events今後 :Cosmic Data Reconstruction
MC (no reconstruction)

nel
P

yr
a

Data

Theta
Takatomi Yano

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Collaborators...
Japan : Kobe University
USA : Colorado State University,
Louisiana State University,
University of Pittsburgh,
Russia : Institute for Nuclear Research RAS,
Poland : University of Silesia,
H. Niewodniczanski Institute of Nuclear Physics PAN,
A. Soltan Institute of Nuclear Studies,
University of Warsaw,
Warsaw University of Technology,
Wroclaw University
Takatomi Yano15

Electronics Installation- Trip-T Front-end Boards νB1

Electronics Mounting Rails
SSB2

TFB and Temp. Readout

128 TFBs are installed on the electronics mounting
rails which mounted the side of the UA1 magnet.
2008 MPPCs of the SMRD Modules and 440
temperature sensors are connected to TFBs.
TFBs are protected with aluminum plates.

Electronics Installation- Power Distribution Boards νB1Secondary Power Dist. Boards
Primary Power Dist. Boards
SSB2

2 primary Power Distribution Boards and 16 secondary
Power Distribution Boards are installed to outsides ofthe magnets.
Secondary PD boards supply the voltage for the TFBs
on each C-Yoke.
A secondary PD board can be switched on or off
individually from other secondary boards.

Electronics Installation- Readout Merger Modules νB1

SSB2

Readout Merger Module

4 RMMs are installed just besides the Secondary PowerDistribution Boards.
1 RMM controls 32 TFBs on 4 C-Yokes.
RMMs also covered with Al covers.

Electronics Installation- Cosmic Trigger Module νB1left TFBs
Patch Panel on left magnet
support structure
SSB2

Cosmic Trigger Module

CTM is installed on inside of right magnet supportstructure. A patch panel is installed on inside of left
support structure.
The CTM and the patch panel are connected with 6m
LAN cables when magnet is closed and 12.5m longcables when magnet is open.

SMRD Hit-pattern 解析 (OLD)
Hit pattern を用いた SMRD の動作確認

宇宙線イベントのうち、 4 種の Hit パターンのイベント数をシミュレーションと比較

A.

PatternA
PatternB
PatternC
PatternD
Else.

B.

C.

Simulation
43800 Events

24%

21% 6%

32%

16%

D.

SMRD 実機
12500 Events

横向き宇宙線に２倍の差があるものの、実機とシミュレーションは良い一致を示す。

22%

24%
3%

33%

18%