Photon Detection in the E949 Detector

Kentaro MIZOUCHI(Kyoto)
科研費特定領域研究会 [質量起源と超対称性物理の研究]
March 09 2004 @ EPOCHAL TSUKUBA

Outline
E949 detector
Side view- Outline (1) Newly installed system(2) How to veto photons(3) K + → π +νν analysis.
Kp2 background control
Rejection, acceptance(4) PV Related Physics
π 0 → νν (or unknown
weak interaction
particles )E949 detector and photon veto system
K + → π +νν
π + + nothing

E949 detector
Side view

Hermetic Veto(*)Extraなactivity を持つeventを棄却

K+

BV/BVL : Pb + scintillator
EC: CsI + CCD readout
AD: Pb glass…
: …

赤： photon veto system
橙： charged track の測定 + photon veto

Newly installed detector subsystem (1)(A) BVLNew Detectors

BV(A) Barrel Veto Liner (BVL)(1)2.5 radiation length(2)covering 45 degree
hole(B) Beam line PV
New Electronics(C) Mean-timer Module
Narrower veto window
but excellent online
rejection is kept somewhat.

Radiation length

UPV, DPV, AD, …

BVL

Radiation Length
vs dip angle

Total
BV
BVL

Dip angle

cos(θ )Newly installed
detector subsystems (2)(B) Beam line PV

π + scatteringγ
Beam lineπ+Target

γ

Region-2

Newly installed detector subsystem (3)High intensity 環境下でacceptance を出来るだけ失わない為の工夫(C) Mean-Timer
Online Photon
Timing
distribution(0) E787 Method(Analog sum)
Timing(1) E949 Method(Mean-timed
signal arrivaltime)

Rejectionを保ったまま、vetowindowを狭くする事に成功。

(20ns →10ns)

An idea – How to veto photon(s)ユニークな Veto algorithm
各subsystem毎にveto timewindowを設定。その範囲でエネルギー和が閾値を超えるかどうかで棄却を判定。

BVBLECRD…

Point. (1) π 0 等を再構成しない。
(2) Charged track のkinematics を利用しない。
(3) カロリーメータよりもveto
Photon activity のclustering
energy と場所 を測定。

Toffset [ns]Twin [ns] Ethr [MeV]

0.50
0.75
0.25
-0.75
…

4.50
2.00
2.25
1.50
…

0.20
0.00
3.80
3.80
…

実際のビームデータを用いて、性能を正確に評価出来る信頼性の高い体系を持つ。 (see next)

How to control backgrounds (kp2)
Optimization.
km2

rejection

kp2

acceptanceveto cut を実際データに適用、(1) kp2 に対する rejection(2) Km2に対する acceptance（or false veto）
を常に評価。

Cut parameter を微少変化させながら、プロファイルを得る。
(A) より効率的なcutの探索。
(B) Cut position の正当性への確信。
(C) Acceptance とのトレードオフと積極的background control.

Kp2 rejection
E949/E787 Photon
Veto Power (*)
E787 (‘98)

E949

Online rejection

7250 ± 2550

6550 ± 1025

Offline rejection

175.7 ± 7.4~50
Total rejection(0.47 ± 0.2) × 10 6 (1.15 ± 0.23) × 10 6(*) : Kp2 rejection factor
Note : Both rejection scores are at thesame acceptance points (80%).

およそ2倍程度のRejection powerの増強

E949 acceptance and rejection

Acceptance vsRejection Curve.

E949

x 5 better

E787
Standardacceptancex 2 better

PV Related Physics
π 0 → νν

Physics :ヘリシティサプレッション
π 0 : Spin 0ν : (純粋)左巻き

右巻きν が存在してZ0とカップルすればチャネルが生まれる。
(1) νν の部分はdetector に引っかからない粒子なら何でも良い。
π 0 → γ~γ~ : light photino への崩壊
[Sov. J. Nucl. Phys 47, 296 (1988)](2) 宇宙論からの予測： γγ → π → νν
宇宙の冷却過程モデル （輻射→ νν )0

π → νν analysis
0

解析の手法

K + → π +π 0 をタグした上で
π + 以外のactivity が無いeventを探索。

K + → π +π 0

π 0 → νν(1) kp2のidentification に対する優れた能力
π + → µ + → e + decay chain
静止K+→単色 π +独立した E, p, R 測定
(2) 優れたphoton veto 能力
Acceptance を削った更にtight なカット
(3) Background subtraction

Single photon inefficiency study
photon の片方をdetection
missしたイベントを利用。
Missing photon のkinematicsが決定出来る。
Photon Inefficiency map（方向、エネルギー）π+γ ?

convolution

π 0 を取り損なう確率が組める。
積極的なbackground subtraction(1) Detector hole のチェック(2) Photonuclear interaction, giant delta resonance への probe(3) Photon veto の性能 ( π 0 rejection)のcross checkSummary(1) Solid angle 4πを覆うhermetic veto
Extra なactivity を棄却。
(2) 実データを用いた信頼性の高いbackground control と rejection,acceptanceの評価。
(3) 80 % acceptanceで106を誇る高いphoton 棄却能力0(4) π → νν 解析に対する高いsensitivity.

Appendix
π + Energy andRange

kp2 π +

E787 :Phys. Rev. Lett. 88, 041803 (2002)