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The OPERA Collaboration: 170 physicists, 33 institutions in 12 countries

The OPERA Collaboration: 170 physicists, 33 institutions in 12 countries. OPERA. 2011 年 7 月 1 日　 「フレーバー物理の新展開」研究会 佐藤　修　（名古屋大学）. http://operaweb.lngs.infn.it/. OPERA: CERN CNGS1 and LNGS experiment. 1. A. Ereditato - LNGS - 31 May 2010. 1. A. Ereditato - LNGS - 31 May 2010.

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The OPERA Collaboration: 170 physicists, 33 institutions in 12 countries

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  1. The OPERA Collaboration:170 physicists, 33 institutions in 12 countries OPERA 2011年7月1日　 「フレーバー物理の新展開」研究会 佐藤　修　（名古屋大学） http://operaweb.lngs.infn.it/ OPERA: CERN CNGS1 and LNGS experiment 1 A. Ereditato - LNGS - 31 May 2010 1 A. Ereditato - LNGS - 31 May 2010

  2. OPERAの目的 :長基線ニュートリノビームラインCNGSでνμ→ντ振動をアピアランス法で検証する。  Appearance  < E >17 GeV (e + e) /  0.87 % /  2.2 % prompt negligible CERN SPS 732km CNGS, conventional, pure  beam Underground Laboratory INFN Gran Sasso ( Δm232 = (2.43±0.13)×10-3 eV2 , sin22θ23 = 1.0, L/E = 43km/GeV) [ Phys.Rev.Lett.101:131802,2008.]

  3. 主検出器　ECC 75.4mm 125mm 57枚　 OPERAフィルム (飛跡検出) 56枚　 鉛板 (ニュートリノ標的) 8.3kg 10X0 Neutrino Beam 100mm

  4. 今年のラン終了時5E19 以上 行きそう。 実績値 +0.4E19

  5. CNGS beam performance プロポーザルＰＯＴ　：　22.51019

  6. The OPERA Detector Super Module 1 Super Module 2 Target section Muon spectrometer Target section Muon spectrometer  1.25ktonのターゲット　15万個のECC

  7. The OPERA Detector ECC brick Super Module 1 Super Module 2 Target section Muon spectrometer Target section Muon spectrometer  Brick Manipulator System 1.25ktonのターゲット　15万個のECC

  9. Examples of Neutrino Event ν ECC

  10. The OPERA Detector ν TT 2.6cm ECC 10cm 12.5cm Changeable Sheet (CS)

  11. “New” Nagoya Scanning Station 2008年～2011年4月まで東濃鉱山（土岐市）の事務所間借り。201１年４月名古屋大学に帰還。 5S-UTS

  12. Neutrino event location ECC CS 5 mm STOP CS  ~100cm2 large area scan ECC  ~100100m2 point scan How to locate 1. Connect track CS to ECC. 2. Follow up track in ECC.(Scan Back method) 3. Confirm the stop plate. 4. Scan around stop plate. n The Plate changer system for Scan Back in Japan. Films of ECC put to a seat for changing plates easily.

  13. 4 hour to scan full area Of one film 10cmx10cm SutsでCSすきゃん

  14. Zoom in microscope view tanθ = 0.5 100 micron 1. E 08 tracks / Film 10mm

  15. 160 micron 2films 600micron 1cm • Using 2 films (4 emulsion layer) hits • Requesting • Tracks position difference ~micron • Tracks angle difference • Manual eye inspection • Only tracks record at experimental hall , tracks from neutrino events. Microscopic side view CS full size frontal view

  16. CSScanning 2010+2011runs 引越し後 59.5ev/week 引越し前 51.8ev/week

  17. 1 cm 1cm ・1cm・10枚 １)鉛を越えてつながらないもの 　低エネルギーの環境放射線 　ベータ・ガンマ ２）全プレイトを貫通するもの １）、２）を排除 n 反応点確認。 崩壊点探索用データ。 位置精度~ミクロン 角度精度~2mrad

  18. 追い上げのストップ点の信頼性 2010年6月1日から2011年6月15日までに1017本（921イベント）をECC中でStopと判定した。 うち、633本（558イベント）がネットスキャン解析によりVertex が組めている。 これを使って正しい位置までトラックが追えたか評価。 ±０　47681.1%=476/588 ±１　+7+6092.3%=543/588 ±２　+1+1494.9% = 558/588　約95%がプレイト２枚以内でただしく追えている。 More+7+47

  19. １反応あたりの解析CS枚数

  20. Decay topology search Decay Pt ~ 460MeV/c IP distribution forntevents (MC) + Kink angle = 209mrad Charm Flight Length = 1330micron 1ry  IP distribution for: ntevents (MC) NC+CC nm events (MC), NC+CC nm events (Data) A Charm event (dimuon event)

  21. OPERA 解析反応数 イベントトリガー 2011 ECC取り出し 2010 ECC正解 2009 反応点検出 崩壊探索完了 2008 反応点検 3513 反応 崩壊探索完了 3232 反応

  22. Vertex position (2008&2009run)

  23. x-projection y-projection CC １bin=5mm NC

  24. CC NC ニュートリノ反応点からのトラック本数分布 (2008＋2009run @20110606)

  25. 核破砕片の反応点探索への利用 角度 アクセプタンスθ ・OPERAフィルム中に核破砕片のBackGroundはごく少ない ・核破砕片のスキャンefficiencyはほぼ100% 反応点探索に利用すべき！ 活用　　　　スキャンバックトラックを追い上げると1本のままいなくなり、 　　　　　　　反応点と断定できなかったイベントで核破砕片探索 結果　　角度アクセプタンスtanθ<0.6のスキャンで28%のイベントで核破砕片を発見、 　　　　（ＶＴＸを作っているイベントと変わらない値）

  26. 核破砕片の反応点探索への利用 さらに角度アクセプタンスを広げたい (Tanθ<1.0 ではＶＴＸイベントの80+-20%で発見) 開発　　さらに角度アクセプタンスを広げてとる開発 結果　　角度アクセプタンスtanθ<3.5までのスキャンが可能になった。　 　　　　　（Tanθ<0.6のときの約4倍の数の核破砕片の発見が期待できる。）

  27. 現在、論文にまとめている解析集団。 2008+2009 runs 1088 in Phys. Lett. B691 (2010) 138 ニュートリノ2010の2.5倍。

  28. Charm events as a control sample (data versus MC) Angle between the charmed particle and the primary µ in the transverse plane Decay length of charmed particles チャームはちゃんとつかまっている。

  29. Detection of the first  candidate event PLB691 (2010) 138Neutrino 2010 28/06/2011

  30. τニュートリノ反応検出数の期待値 One candidate observed in the  → h channel where 0.49±0.12events are expected with a background of 0.05±0.01 event The probability for the event not to be due to a background fluctuations is 95% 　ちなみに2011年ランまで解析完了→4.86個、BG=0.35 2012年ランまで解析完了→6.38個、BG=0.46

  31. バックグランド Production and decay of charmed particles Hadron re-interactions Large angle µ scattering • Charm production cross-section increased (last CHORUS data) • Fragmentation fraction into D+ increased from 10% to 22% • Improvements due to the track follow-down • Significant reduction of the background in the →µ channel

  32.  beam testによるハドロンバックグランドの検証Two 4 GeV/c  beam exposures: KEK and CERN •  190 m of tracks • one order of magnitude larger • 534 interactions detected • 214 kinks detected • No events in the signal region Signal region 若手セッション：松尾

  33. 核破砕片探索による崩壊検証 タウニュートリノの約7割がハドロニック崩壊であり、ハドロン粒子の反応がBackGround タウ粒子崩壊点からBlackTrackはでない。 →崩壊候補点からの核破砕片の有無を調べてやれば 　崩壊点かハドロン反応点かの検証ができる。 SearchArea 研究　　ハドロン反応からどれだけ核破砕片がでるか評価 結果　　IP<50μm ,角度アクセプタンスtanθ<3.0 で62%の 　　　　　　反応点に核破砕片がついていることを確認 タウ崩壊点候補からの核破砕片がないことを確認すればハドロン反応によるバックグラウンドを約60%減らせる。

  34. CUT @ 20GeV intrinsic νeetc νμ→νe Evis spectraΔm223=2.5 10 -3 eV2 Sin2(2θ13)= 0.14 (CHOOZ limit) Electron Neutrino in OPERA ビーム混入の電子ニュートリノ＝0.87 % 2008年＋2009年照射 2244μ付き反応 494μなし反応 2244*0.0087=19.5個程度期待される。 電子ニュートリノ反応候補事象集積中。 現在：１０数例。 検出効率の見積もり。 イベントのエネルギー測定。 バックグランド事象見積もり。 若手セッション：北川

  35. まとめ • 2011年ニュートリノ照射CNGSは順調で2008年からの４年間での 　　最高値＝５・１０１９pot　に届く勢い。 • 照射４年目、フィルムの品質は問題ない。 • 2008年、2009年照射分のスキャン・解析終了。 ‐2738事象の崩壊点探索終了 ‐　期待値=1.65個に対してτニュートリノ反応候補１候補。 ‐　論文投稿準備中、第１論文の2.5倍の解析完了数。 • 上記論文の為、ECCの縁や角の反応まで丁寧に検出。 -　１反応検出するのに複数個取り出す必要のあった反応に手間。 • 2010年、2011年照射分の解析。 -　既にCSでニュートリノ反応からの飛跡を捉えてECCを現像してあるの 　の反応点検出及び崩壊探索を進める。 -　１年程度で解析完了統計を倍にする事をめざす。 • ニュートリノ照射は今年と2012年の照射まで予定。

  36. Back Up

  37. Target mass evolution Last BAM prod -5% Black CS change 2008 2010 2011 2009

  38. 2011 run: integrated pot so far

  39. While analyzing 2008/09: analysis of 2010 and 2011 runs in progress Status of the 2010 run

  40. Improvements in the understanding of the electronic detectorNew Journal of Physics 13 (2011) 053051 µ momentum x charge Reconstructed energy for 1µ events Y- Bjorken for 1µ events Spectrometer µ

  41. Multi Track VTX Single Track VTX CC NC

  42. Full emulsion simulation OpEmurec code Vertex position distribution within the brick: Located interactions for events without µ in the final state are compared with OpEmurec simulation 

  43. Further background reduction: detect highly ionising particles produced in hadron interactions 8 GeV  49 views Up plate Down plate Daughter Nuclear Fragments IP Data/MC (Fluka) comparison h Fragments slope distribution Highly ionising fragments Daughter h ν Backward fragments Forward fragments NC kink probabilities: (1.53 ± 0.10) x 10-4 kinks/NC(2 mm Pb) 20% less The first  candidate survives this cut

  44. Background reduction: systematic track follow-up for muon detection Tested in the analysis of the first candidate • BG sources: • Charm • Hadronic interactions in µ CC with misidentified µ (→h channel) • Hadronic interactions in µ CC and NC (→µ channel)

  45. Track follow-down analysis • Interaction visible in the brick • Momentum/range correlation L = track lengthRlead = µ rangeρaverage = average density along the pathρlead= lead density p = momentum measured in emulsion Discriminating variable • Mis-ID muons in charm events 3.28% (was 5%) • 2 orders of magnitude reduction of the →µ background due to µ mis-match in CC and NC events Hadrons and muon stopping in the brick

  46. Electron Neutrino in OPERA Origin of the intrinsic νe CUT @ 20GeV intrinsic νeetc νμ→νe Evis spectraΔm223=2.5 10 -3 eV2 Sin2(2θ13)= 0.14 (CHOOZ limit)

  47.   eoscillation search CHOOZ sin22q13 5 years nominal systematics Pot(x1019) Sin22q13 sensitivity Assuming : 23=/4, m223 = 2.5 x 10-3 eV2 Nb of events ( 5 years running )

  48. Kamioka Tono mine Toki Tokyo Nagoya Kyoto Osaka

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