ニュートリノ振動実験OPERAの解析
ー2009年度RUN CSの解析ー
基本粒子(F)研究室

酒谷佳紀（M2）

自分がOPERAの中でどのような役割を果たしてきたのかThe OPERA Detector @ Gran Sasso, Italy (1400m underground)νμ15万個のECCのうち、どのECCでニュートリノ反応が起こったのかを判断しさえすれば良い。

ντ

取り出し→現像

どこのECCでニュートリノ反応が起こったのか簡単には判断できない

ECCの直後にCS検出器を置き、CSでニュートリノ反応からの飛跡を検出する

The Changeable Sheet (CS)OPERA film

OPERA film

160micron

OPERA film x 2

10cm

Base 205micron

Base 205micron

Neutrinobeam

12.5cmEmulsion layers 44micron

600micron

XZ

2008

4

F研に入る

567

イタリアで最後のCS製造を任される
RUN開始

帰国、ニュートリノイベントが日本に届く→解析開始

891011

解析のチーム編成→CSチームに
RUN終了

マニュアルチェック三昧

122009123456

RUN開始

789

CS解析を任される→09RUNを成立させるべく頑張る

1011

RUN終了

122010123

今に至るCS解析～日々の仕事～
CS到着
CSの飛跡読み取り
CSスキャニングマニュアルチェックYes

ECCを現像ECCで解析

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

次の可能性のあるCSへ

飛跡読み取り装置でCSを読み取る

CS scanning shift

24hour ： 8hour × 3shift

マニュアルチェックで本物の飛跡だけを選ぶ

25μm

CS解析～日々の仕事～
CS到着
CSの飛跡読み取り
CSスキャニングマニュアルチェックYes

ECCを現像ECCで解析

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

次の可能性のあるCSへ

2009年9月
それまで４人で行ってきたCS解析を私を中心とした2人で行うことになった。
→09RUNを成立させるために現状の把握と改善を行った。

CS解析
CS到着
CSの飛跡読み取り
CSスキャニングマニュアルチェックYes

ECCを現像ECCで解析

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

ECCへの判断を保留
次の可能性のあるCSへ

OPERACS読み取り
2008年度RUN2009年度RUN
読
み取り
イベン
ト
数

2500

2000

1500

S-UTSのチューニング
→週80event

1000

週50event
50002008/6/1

2008/9/9

2008/12/1824hour

2009/3/28

2009/7/616hour

2009/10/14

2010/1/2224hour??

2010/5/2

系列1
系列2
系列3
2008
2009
2008+2009読み取り数の向上→イベントに対する読み取り面積の最適化

CC反応における面積の最適化●

ニュートリノ反応のうちの７割を占めるCC反応に着目●

CC反応ではミューオンがリコンストラクションされる。

●

ミューオンに着目し、ミューオンに絞った面積の設定を行う。

CC反応

NC反応CC反応の分類
ニュートリノCC反応を１反応ごとに目で確認し、●●ミューオンスペクトロメーターの情報から運動量を10GeV未満と10GeV以上の、２段階に分ける。
シンチレーターの情報からヒットの激しさで大・中・小と、３段階に分ける。
予測場所と実際に見つかった場所との差を確かめた。

~10GeV

σ=6.5mm

10GeV~

σ=4.5mm

~10GeV

10GeV~

σ=12.1mm

σ=8.0mm

~10GeV

σ=13.3mm

10GeV~

σ=10.0mm

各パターンごとの予測位置と観測位置のずれ(1σ)(mm) 1412108~10GeV
10GeV~

6420小中大Before（cm^2）

After（cm^2）

Reduction

Aｌｌ60.1

37.1

38%

CC53.025.153%

NC81.670.8

13%

解析精度 (解析数に対するECC同定の数)
2008: 67% 2009: 70%●

解析精度を落とさずに1.6倍の速さで運用

OPERACS読み取り
2008年度RUN2009年度RUN
読
み取り
イ
ベン
ト
数

2500

2000

1500

S-UTSのチューニング
→週80event

1000

週50event
50002008/6/1

2008/9/9

2008/12/1824hour

2009/3/28

2009/7/616hour

2009/10/14

2010/1/2224hour??

2010/5/2

系列1
系列2
系列3
2008
2009
2008+2009

OPERACS読み取り
2008年度RUN2009年度RUN
読
み取り
イ
ベン
ト
数

2500

週100event→S-UTS 2台相当の読み取り向上を行ったことになる

2000

1500

週80event
1000

週50event
50002008/6/1

2008/9/9

2008/12/1824hour

2009/3/28

2009/7/616hour

2009/10/14

2010/1/2216hour!!

2010/5/2

系列1系列2系列32008
2009
2008+2009

NC反応について
面積最適化の第0段階：シャワーセンターとVTXの位置ズレ→イベントごとに詳細に解析していくことで面積最適化へ

σ=15.1mm

σ=13.1mm

CS到着

読み取り面積の設定

全てのニュートリノ反応に対して読み取り面積の設定を行っている

CSの飛跡読み取り
CSスキャニングマニュアルチェックYes

ECCを現像ECCで解析

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

ECCへの判断を保留
ECCを検出器に返す
次の可能性のあるCSを解析

CS到着

読み取り面積の設定

CSの飛跡読み取り
CSスキャニング
イベントの半数をマニュアルチェック無しで判断可能に

マニュアルチェックYes

ECCを現像ECCで解析

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

ECCへの判断を保留
ECCを検出器に返す
次の可能性のあるCSを解析

CS到着

読み取り面積の設定

CSの飛跡読み取り
CSスキャニングマニュアルチェックYes

ECCを現像ECCで解析

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

ECCへの判断を保留
ECCを検出器に返す
次の可能性のあるCSを解析

CSで飛跡ありとするか判断する早さ
CS analysis speed'08 RUN2500'09 RUN
2400event

Event

2000
1500
CS arrive
CS try1000500
週 14event

00204060
Week

4人80100
2010 5月

CS到着

読み取り面積の設定

CSの飛跡読み取り
CSスキャニングマニュアルチェックYes

ECCを現像ECCで解析

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

原因

ECCへの判断を保留
ECCへの判断を保留

次の可能性のあるCSを解析

CS到着

読み取り面積の設定

CSの飛跡読み取り
CSスキャニング

・飛跡読み取りの信頼性向上

マニュアルチェックYes

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

判断を即決する(判断を保留しない)
ECCを現像ECCで解析

ECCへの判断を保留
ECCを検出器に返す

次の可能性のあるCSを解析

CSで飛跡ありとするか判断する早さ

red :09RUN
black:08RUN

AV 9 days
AV 55 days

CSで飛跡ありとするか判断する早さ
CS analysis speed'08 RUN2500'09 RUN
2400event

Event

2000
1500
CS arrive
CS try1000500
週 14event

00204060
Week

4人

80100
2010 5月

CSで飛跡ありとするか判断する早さ
CS analysis speed'08 RUN2500'09 RUN
2400event

Event

2000
1500
週 49event

1000500
週 14event

00204060

80

Week
4人

2人

100
2010 4月

CS arrive
CS trySummary●

OPERA実験の要の検出器であるCSの解析を行なってきた。

●

読み取り面積を最適化することにより、読み取り時間を1.6倍早めた。
→S-UTS2台相当のスキャニングパワーを増やしたことになる。
→全てのニュートリノ反応の読み取り面積を設定している。

●●

CSの判断を即座に行うことで、スムーズに解析を行なった。
2009年RUNのCS解析は2008年の3.5倍のスピードを達成し、今年の4月には09年RUNのCS解析を完了する。

2008年RUNのCS解析結果

2008年RUNのCS解析は4人で行ない、757反応に対し、947CSを解析し、444反応のニュートリノ反応ECCの同定を行った。

2009年RUNのCS解析結果

2009年RUNのCS解析を私が指揮し、2人で1120反応の1210CSに対し、738反応のニュートリノ反応ECCの同定を行った。
CSの判断(フィードバック)に要する時間

7 CS/day （2008年RUNの3.5倍）→今年の4月には2009年RUNのCS解析が完了し、2010年RUNに移行する。

NC反応
グラフィックツール開発による自動計測● 図を載せる●

4/4track muon Efficiency●

プレディクションが端から20mm以内●

フィッティングOK●

Black CS、C.A.×でない●

期待値 rank cut 0.77 × mu cut 0.95 = 0.73●

実測値 0.74 ± 0.05●

4/4+3/4
0.73 + {(1-0.73)× 0.98 × 0.95} = 0.98

ミューオンが一本いれば、3/4まで探すと98％のefficiencyで見つけることが出来る。

日々の仕事(2009.9月～)●

CS読み取り範囲の設定

60 CS/week 8hour/week●

CS読み取り60 CS/week 2shift/day(2008年 3shift/day)●

CSトラッククオリティの判断

60 CS/week 15hour/week●

マニュアルチェック

30 CS/week 15hour/week●

ECCへのフィードバック

60 CS/week●

解析状況の監視6hour/week
ネグリジブル

CSの解析に対し1週間で4日仕事をしている。

酒谷
・
大村

CS到着

読み取り面積の設定

スムーズに進行するように監視

CSの飛跡読み取り
CSスキャニング

・各段階での進行状況
・全イベントの監視マニュアルチェックYes

ニュートリノ反応からの飛跡あり？

No

判断を即決する

ECCを現像ECCで解析

ECCを検出器に返す
次の可能性のあるCSを解析

’08 Run 1st CS (756events)

756

Good CSGood Alignment

681663444Black CS

Bad Alignment

NOT Found

7518218

Specialprocess(1)FoundSpecial
Brick finding rate@1stCS
process(2) =444/(444+218)~67%

’08 Run 2nd CS (218events; arrived 164events, not arrived:54events)

164

Good CSGood Alignment

164

15373

Black CS

Bad Alignment

NOT Found0248

Waiting SCAN

9FoundWaiting Manual check32’08 Run 3rd CS (48events; arrived 27events)

27FoundGood CS

Good Alignment

27256Black CS

Bad Alignment

NOT Found0115

Waiting SCAN1Waiting Manual check4

CS feedback status @1st CS’09 Run CS (1319 event ; Jan05 arrived)
Good CS

DevelopFeedback CS

1044(761+283)

738(575+163)1120(812+308)

Black CS

Back to Detector

26(20+6)224(163+61)

No Comptonalignment peak

Develop Underground50(31+19)

82(23+59)

CS finding ratio @1st CS 738/1044 = 70.7%
CC : 575/761 = 75.6%
NC : 163/283 = 57.6%

CS feedback status @2nd CS’09 Run CS (150 event ; Jan05 arrived)
Good CSDevelopFeedback CS

76(59+17)42(38+4)82(63+19)

Black CS

Back to Detector0(0+0)

28(19+9)

No Comptonalignment peak

Develop Underground6(4+2)

6(2+4)

CS finding ratio @2nd CS 42/76 = 55.3%
CC : 39/59 = 64.4%
NC : 4/17 = 23.5%

CS feedback status @3rd CS’09 Run CS (16 event ; Jan05 arrived)
Good CS

DevelopFeedback CS

8(6+2)

1(1+0)

8(6+2)

Black CS

Back to Detector0(0+0)

6(5+1)No Comptonalignment peak

Develop Underground0(0+0)

1(0+1)

ECC同定とする基準
08年RUNでECC同定とした飛跡を分析し、以下の6項目のいずれかに当てはまるものとした。
・ミューオン(CC反応のみ)
・複数の飛跡が1点に収束する(VTXを作る)
・Black,Greyの飛跡(ニュートリノ反応由来の陽子など)
・電磁シャワー、電子ペア・TTのヒットと一致する飛跡
・ミューオンと組むような飛跡(CC反応のみ)

2ndCS以降で見つかったイベント
且つニュートリノ反応までたどり着いているイベントの中で、2ndCS以降で見つかっている52イベントに関して、1stCSに対してどの位置で見つかっているかを分析した。
corner 7
同一wallでfound ：24event

edge 17center 0
corner 0

別wallでfound ：28event

edge 14center 14

ECC同定と出来なかった場合には、・centerイベント→別wallで解析
・edge,cornerイベント→隣を解析→別wallを解析

9165038610 12171
9165038610 44064
9165038610 11224
9165038610 44065

161616
16-1-1-1-156651213
1213

track position

track angle

muon position

muon angle

NC反応について
total energy
wall後ろにまでヒットがあるものは、狭い領域で可能か？
wall数層で止まっているものは。