CNGS Beam profile monitoringat LNGS
名古屋大学
宮本成悟(去年博士とってなかったらD5)

The CNGS beam
CERN SPS

conventional ν beamνµ ( m-2 / pot)

7.45x10-9νµ CC / pot / kton

5.44x10-17< E >ν ( GeV )17(νe + νe) / νµ0.85 %νµ / ν µ4.0 %ντ prompt

negligible

νµ730kmντAppearance ?
INFN Gran Sasso
Underground Laboratory

シミュレーション

物理
CERNから730km離れたGran Sasso
での、ビームプロファイルを知りたい
測定方法
Ｒｏｃｋ ｍｕｏｎの位置分布、フラックスを測定する

OPERA
トンネルの長さ～10km

OPERA Detector @ Gran sasso

1400m underground1.２５ kton = 150,000 ECC bricksνA triggered event in OPERA Detector ( one - µ event )νDistributed CNGS Beam monitoringat Gran Sasso by CST or CSQ

OPERA-CST/CSQν from CERNHall CHall B

平均17GeV neutorino
ミューオンのエネルギー ~ 8GeV
8GeV/(2g/cm3)/(2MeV/(gcm2))
有効ターゲット → 20mの厚みの岩

OPERA

50~100 sets/ point

Distributing CST or CSQ detectors at the points apart each ~500m along the highwaydetector design

・４ OPERA Films per 1 detector set.
Same ECC structure as used in Mt. Asama investigation
・Compact : 12cm x 14cm x 2cm・2 CS Interleaved by Metal plates (shielding Sub-MeV~MeVelectron)・Alignment of Films in the CSd: Compton alignment ~1micron
CS to CS : Mechanical accuracy ~1mm or side X-rays likeECC(~20um).
・Muon detection efficiency > 90% with S/N>10.

2枚の乾板間の位置合わせ

高エネルギー荷電粒子の代わりに、環境放射線からの低エネルギーを利用する。

2枚の乾板間の位置合わせ
低エネルギー電子による位置合わせ Alignment PeakσΔx～2.1μm

σΔy～1.8μm

S. Miyamoto et al., N. I. M. A 575 (2007) 466–469.

2枚の乾板間の位置合わせ

S. Miyamoto et al., N. I. M. A 575 (2007) 466–469.

Expectation from CHORUS
CHORUS Data (ビームラインのデザイン、エネルギーはOPERAとほとんど同じ)[ cm ][ cm ]One sigma~0.9m @ 600m
→One sigma~0.9m×730000/600＝1100 m @ LNGS
→FWHM～2.5km @ LNGS

Candidate Positions
・Statistical Error < 10% : 100 Rock muons per position.
・Symmetric detector positions to investigate the beam profile symmetry.
・Off axis → flux: drop, Neutrino energy: down→Decrease of the effective target(Rock)→Larger Area is needed
Precise designing of the position  Wait for Dario and Stefano's simulation.
A case: Assumption Required Area = k×（Flux)2@ 2.5 muonｓ/CS/ 4.5×10＾19POT： （0.56 muons / CS / 1E19 pot by Dario)
Position~0m± 350 m
± 800 m±1100 mFlux Rock muons
111
10.87
0.75
0.71
0.50

Sets
40 sets
40 sets
54 sets
80 sets

Total 40+(40+54+80)×2＝388sets -> 1552 films
Scanning time ： システム稼働率・・・約70% , 4system → 4ヶ月

Efficiency @50views/sec, ×28 objective lens
By
K.Morishima
Limitedbyprocessing power

Under tuning

SUTS-3121cm2/hMicro track
Positionresolution

SUTS3号機

X-projection
0.50 micron

0.33 micron

35×Preliminary
Under tuning ...

28×By K.Morishima

Y-projection
0.56 micron

0.43 micron

Possibility of the Vertical Monitoring
Geological Investigation hole.

This measurement is possible Only by Emulsion detector

Application
CNGS : easiest because of its High energy. We
should show the possibility in CNGS at first.
• Beam profile monitoring at Far detector
cite in any neutrino beam line, NuMI.
T2K. But few statistics (cross section , target
region down)→ Need More Scanning Speed.

Back Up写真乾板技術の応用例

H.K.M.Tanaka, T.Nakano et. al.,
GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 34, L22311,

写真乾板技術の応用例
昭和新山の密度分布（2006）
3ヶ月間設置

H.K.M.Tanaka, T.Nakano et. al.,American Journal of Science, Vol. 308, Sep, 2008, P. 843–850.

写真乾板技術の応用例• 浅間山、マグマ溜まり部分の密度分布（2006）• 2ヶ月間設置• 2003年観測時より、クレーター部分に盛り上がりがあることが確認される。

H.K.M.Tanaka, T.Nakano et. al.,Earth and Planetary Science Letters 263 (2007) 104-113.

加速器ビーム原子核乾板は現像→乾燥の過程を経て、歪む：10～20μm

CSにおける2次粒子の飛跡の選び出しの流CS1
CS2
れ飛跡読取

飛跡読取

飛跡読取

飛跡読取

片面の飛跡

片面の飛跡

片面の飛跡

片面の飛跡

Making base track

Base Track

大面積変形補正Making base track

補正マップ

Base Track

2枚の乾板の重ね合わせ、2枚で一致する飛跡の選び出し

肉眼による飛跡の最終確認

高解像度次期システムステッパー型レンズ(直径~30cm)
モザイクイメージセンサー
FOV of New Scanning System
FOV of SUTS

対角 5mm
原子核乾板ステージ

http://www.tochigi-nikon.co.jp/technology/stepper/structure/index.htm より

Evolution of the Scanning Power
Speed in cm2/h
6000

10000
1000

72

100
101

1

0.082

0.1
0.01
0.001

0.003
TS(TTL)

NTS(CPLD)

UTS(FPGA) SUTS(FPGA)NEW(GPGPU?)

Roma ,L'Aquilaへ

高速トンネル、地下研究所へ

地上ラボ

ラボの宿舎になるはずだったが、地域の皆さんの反対運動で工事中止になった建物

2009年4月6日
L'Aquila 大地震のとき、避難キャンプが設置された芝生（私もここで2日過ごした）

間借りしてる宿