反応点解析
宮本成悟

location数 (2010/02/04時点)
located 553 event
CC : 447
NC : 106

2008run : 416
2009run : 137

位置について一様な集められ方をされているか調べた

ECC内のXY方向分布

現在解析対象外としているのは、エッジから5mmの範囲のみ

CS 第２、第３候補の解析→進行中

ECC内Z方向分布
ALL
CCneutrinoNC

原因• 原子核のevaporationによる後方γのシグナルによる、ECC ID違い
• 低エネルギーNeutral Current Like event(電子ニュートリノイベントも含む)検出不十分

カウンタートラッカーで捕らえられた、
Back Scatter gamma Signal の例

Vertexが見つかったECC

Locationについて行うべきこと• Edge event：CS第２、第３候補までのデータ解析を終了させる。
• Back Scatter Signal によるWall間違い：同様• 2008年RUNの Event Locationを、今年の3月末まで、2009年RUNのEvent Locationを夏までに終わらせる。
• Low energy NC event：CSまで飛跡が届いてない可能性
・ECCの直接解析の必要
・振動確率∝E^(-2)

OPERA実験はニュートリノ反応検出のためのターゲットとして初めて鉛を採用した

鉛の厚さは1mmであり、その中で起ったニュートリノ反応を解析しなければならない

鉛中での反応点の深さが、反応から出てくる粒子に影響を与えないか調べた反応点から2本以上荷電粒子が出ているeventを分析の対象とした
分析した131event中119eventが鉛中で反応
Pb

Film

Pb

Film1mm

ν

反応点の鉛中での深さ

Pb

CC:98
NC:33

分析方法
Pb

Film1mmνup

middledown

鉛を3つのエリアに分け、反応点があるエリア毎に反応点から出た荷電粒子を分析

ニュートリノ反応点の鉛中での深さ分布

total 119 events

event数1mm

ν50403020up

middle10

反応点の深さdown

荷電2次粒子数分布
upmean = 4.2

downmean = 3.8

middlemean = 4.4
平均粒子数に優位な差はない

統計の範囲内で、鉛中での反応から出た荷電粒子の振る舞いに違いはない。
→崩壊探索に影響がない

崩壊探索

Decay Topology → kinkが85%
DONUT ντ event

Flight Length：280um

τ

ντ

1mm
Emulsion

Kink

DONUT : Iron 1mm
OPERA : Lead 1mm
Tridentτ  e18 ％τ  µ17 ％τ  h49 ％τ  3h (h h h)

15 ％Decay Search – detect kink topology –θcτ = 87 micron
θkink > 20mrad
pt > 250Mev/c

Long flight decay ：40%~10% : In Film Decay~30% : Next Lead Decay
Kink detection 
track angle deference
between tau and daughter

IP > 5um
Min_pt > 250Mev/c

IP

Short flight decay：60%~60% of tau leptons decay in thesame Lead plate with vertex.
Kink detection 
minimum distance between
daughter and vertex point

Minimum distance between pairs of tracks from neutrino interaction(data, P>1GeV/c)
IP of a decay daughter of τ (Monte Carlo)

Minimum distance [micron]→ タウレプトンの崩壊を検出するのに十分な位置分解能

s id epl50 pl51
56 pl57

fa c epl52

pl53

A charm candidate (1)
pl54

pl 55

plC le a r k in k to p o lo g yT w o E M s h o w e r s p o in tin g to th e v e r te xF lig h t le n g th
θk in kP d a u g h te r
PT3 2 4 7 .2 μm
0 .2 0 4 r a d
3 .9 (+ 1 .7 -0 .9 ) G e V796 M eV

4 x 1 0 -4 % p r o b a b ility fo r a h a d r o n r e in te r a c tio n to h a v e a P T > 6 0 0 M e V7

A charm candidate(2)Event# 234539244,
Brick# 51248•Decay Pt ~ 460MeV/c
Kink angle= 209mradmu+••

1ry VTX is PL33.
(100960, 52357)
depth=380micron up of film.
6 tracks found @ PL33.
ax
ay
1. 0.1325 0.0624 (PL33)
2. 0.0097 -0.0663 (PL33)
3. 0.0876 0.6656 (PL33)
4. -0.0390 -0.1354 (PL33)
5. 0.2215 0.4319 (PL33)
6. -0.0876 0.0418 (PL31)
7. 0.0893 -0.0638 (PL33)

Charm
Flight Length= 1330micron•IP
6.6  proton
4.5
2.3  1ry mu
1.4  charm10.3
18.9  e-pair
4.3

Charm
Flight length : 1330micron.
Decay: in Lead (PL33-PL32 )340micron up of PL32.

1ry muon

Kink angle : 209mrad.
•Daughter
Particle : muon (~2.2GeV)
IP : 262micron.
Decay Pt : ~ 460MeV/c

A kink detected in rather short flight length.
F ilm

F ilm

T ilte d v ie w

1 ryv e r te x

15mradµ1 r y v e r te x

µ 6G eV /c

1 .8 m m

k in k v e r te x

k in k v tx
Kink angle : 15mrad (not compatible with 0 at 7 σ)
Daughter µ- ~6GeV/c -> Pt : 90MeV/c

Topology looks similar to τ− -> µ- decay. However,The event is not retained as a possible tau candidate
We put a cut at Pt > 250 MeV/c to reject the pion and kaon decay backgroundand reduce the hadron re-interaction background.

It is not τ candidate but it is also good example for prove τ efficiency

まとめ・ Edgeイベント, Wall 間違いによるLocation Inefficiency→ CS第２、第3・・・候補の解析を行う
・ ECC上流 Low Energy Neutral Current Like event→ CSの解析だけではダメ。ECCを直接スキャンし検出効率向上
・ 鉛1mmという物質量は、崩壊探索に影響しないことを確認・ タウニュートリノイベントを検出するのに十分な位置分解能が達成されていることを確認。
実際にCharm Eventを観測している。
・ 崩壊探索は進行中。

今後の課題、展望• Tracking Efficiencyの向上• Likelihood Track SelectionによるS/N向上• 運動量測定の信頼性分析- ミューオンスぺクトロメーターとの比較、- ECC中で止まったミューオンの飛程との相関など• タウニュートリノ検出効率、BG分析- efficiency → Charm event 検出数- BG→ Hadron Interactionの分析

Back Up Slides

NC eventにおける荷電粒子数分布

up

down

mean=4.8

mean=4.0

middlemean=3.8

Physical value from ECC
1.Momentum measurement by multiple coulomb
scattering

P(GeV/c)Pβ =13.6 (MeV/c)δθxX0

1/P(GeV/c)-1

0.8GeV/c pion : P =0.79(GeV/c), dP/P =11%
1.5GeV/c pion : P =1.53(GeV/c), dP/P =16%

Test exp. @ CERN (May2001)

Physical value from ECC
2. Electromagnetic shower
MCEnergy determination
by calorimetric method

∆Ε~Ε

0.4
E (GeV )Data@ a few GeVPhysical value from ECC
3. Particle ID by dE/dX
In Emulsion,
dE/dX is defined as darkness of track.

β = 0.98

β -- Darkness
Momentum-dE/dX

0.87 GeV/cEntry 1063 tracks

πβPdE/dX (MeV g-1cm2)

Darknessβ = 0.54PπD
Particle ID

Momentum(GeV/c)

Likelihood法によるTrack Selection
2010年福田努D論(名古屋大学)
インプットパラメータは、① 4層のMicro TrackのPH(非ガウシアン4パラメータ)② 4層のMicro Track－Base Trackの角度ズレ×(x, y) (ガウシアン8パラメータ)③ Base Track－Base Trackの角度ズレ×(x, y)(ガウシアン2パラメータ)

①
本物らしさ
偽物らしさ
信頼度

①

②

③

Likelihood法によるTrack Selection
2010年福田努D論(名古屋大学)
CBA(R)

シグナルとノイズがよく分離している
Track
Rank

The reliability asreal track

expected
Tracking
efficiency (%)

observed
Tracking
efficiency (%)

BG density on CS(/100cm2)

A

R>164335±110.1

B

16>R>477 (A+B)

68±15

20C

4>R

79 (A+B+C)-------~800

Chance Coincidence Noise Reduction ~ 1/50