Coś o asymetrii wiązki w T2K

1. Coś o asymetrii wiązki w T2K • Eksperymenty z wiązką Anselma Meregaglii • Rozkład przestrzenny punktów oddziaływań w T2KLAr Paweł Przewłocki, zebranie 25.04.2006

2. Eksperyment pozaosiowy japonia korea SK JPARC 2KM ND 2.5 stopnia oa 2.4 stopnia oa 2 stopnie oa

3. Asymetria kołowa • Ponieważ tunel rozpadowy nie ma symetrycznego przekroju, przekrój wiązki także nie będzie symetryczny (kołowy) • Oznacza to, że mimo takiego samego kąta względem osi wiązki (θ), strumienie mogą być inne i zależne od kąta w płaszczyźnie przekroju (φ) • Pozycja φ dla SK i ND jest zbliżona; dla SK i 2km jest różna • Pamiętamy, że jednym z motywów budowy stacji 2km było to, że różnice w rozkładach energii są minimalne – z ND jest gorzej • Spróbujmy sobie wyobrazić, że (być może z jakichś technicznych przyczyn) oś wiązki przesunie się minimalnie – czy grozi to zwiększeniem różnic SK/2km?

4. Metoda Anselma • Wirtualny detektor ‘2km SX’ – złamana symetria lewo-prawo • Albo żeby uwypuklić efekt, albo tak mu było łatwiej • Czasochłonna symulacja • Przesuwamy oś wiązki (a właściwie oś wiązki protonów uderzających w tarczę) o 3mm wzdłuż osi góra-dół i lewo-prawo i patrzymy na efekty

5. Wyniki • Różnice w stosunku strumieni dla energii neutrin w obszarze 0.6 – 1 GeV • Różnice głownie w obszarze wyższych energii • ND mniej czuły na przesunięcia osi wiązki • 2km SX czuły szczególnie na przesunięcia lewo-prawo (x) • Jeśli założymy, że strumień zmienia się liniowo z przesunięciem osi, musimy mieć dokładność rzędu 1mm żeby zmiany strumienia były pomijalne na 2km • Trzeba sprawdzić dla prawdziwego detektora 2km

6. Monitor wiązki • Jeśli tak, to potrzebujemy dokładnego monitora położenia wiązki na osi lewo/prawo • Nie da rady go wstawić do stacji 2km – musimy znaleźć miejsce w ND • Ograniczenia: pieniądze (brak miejsca) • Możliwe położenie – poziom B1 (najwyższy) • 4m powyżej podłogi na B1 przechodzi oś łącząca źródło wiązki z SK • Możemy ustawić tam przesuwany detektor • Albo… skorzystać z planowanych już detektorów?

7. Analiza Anselma c.d. • Dokładniejsza analiza • Manipulujemy wiązką protonową i rożkami • Rozpatrywana lokalizacja monitorów wiązki: 11.6m powyżej osi wiązki, 3.05/-3.05m na osi lewo-prawo • Dopuszczamy możliwość użycia także detektorów na osi do badania naszej asymetrii • Pytania: • Ile razy mniej przypadków rejestrują monitory w stosunku do detektorów osiowych? • Jak zmienia się widziana przez monitory asymetria w zależności od ich wysokości w ND? • Jak niskie muszą być systematyczne błędy interkalibracji detektorów osiowych, aby efektywnie wykrywać za ich pomocą odchylenia wiązki? • Jak odchylenia wiązki i rożków wpływają na różnice w rozkładach energii?

8. Graphite Target beam 1st Horn 2nd Horn 3rd Horn I=320kA Dla zainteresowanych… • Trzy rożki skupiające wiązkę pionów wylatujących z tarczy • ‘Krzyż’ – detektor osiowy w ND • Detektor centralny plus po trzy detektory w górę, dół, lewo i prawo • Na osi wiązki A.K.Ichikawa @ last collaboration meeting

9. Detector Configuration • 14 detectors are placed like “cross shape” around the beam center • Each detector consists of 10 iron blocks • The scintillator bars are used beam direction scintillator 1m Iron 1m 10 m 10cm ν + veto counter surrounding each detector 10cm M. Yokoyama @ last collaboration meeting

10. Wyniki • Liczba przypadków jest osiem razy mniejsza w monitorach (w stosunku do detektorów na osi – krzyża) • Asymetria maleje wraz ze wzrostem wysokości (na wysokości przewidzianej dla monitora jest ok. 3 razy mniejsza niż w krzyżu) • Te dwa czynniki działają na niekorzyść monitora, ale…

11. Pomiar detektorami osiowymi kontra monitory • Detektory osiowe – krzyż – siedem detektorów wzdłuż osi x • Mierzymy profil wiązki – siedem punktów pomiarowych • Błędy systematyczne wynikające z niepewności interkalibracji • Założone błędy systematyczne wpływają na błąd wyznaczonej pozycji osi wiązki • Monitory – dwa detektory (pozycje) • Mierzymy asymetrię – dwa punkty pomiarowe • Jeśli jeździmy jednym detektorem, to nie ma błędów systematycznych takich jak poprzednio!

12. Wyniki c.d. • Aby wykryć przesunięcie wiązki protonowej o 3mm potrzebujemy błędów systematycznych <10%, dla przesunięcia rożka 1 błąd rzędu 15% jest ok., dla rożków 2 i 3 musi być <5%. • Dla monitora takie błędy powinny być mniejsze niż 1 lub 2%, ale zakładamy, że mogą być 0 • Dokładna symulacja wiązki pokazuje, że przy przesuwaniu wiązki protonów i rożków (a w każdym razie 2.) zmiany w rozkładach energii pomiędzy SK a 2km nie powinny być znaczące.

13. Rozkład wierzchołków oddziaływań w T2KLAr • A priori nie jest do końca jednorodny (OA): • Gęstość wierzchołków powinna odrobinę maleć gdy oddalamy się od źródła

14. Skąd bierzemy informacje • Nie mam symulacji wiązki, ale na sieci znajduje się ntupla z opisem wiązki i jej właściwościami w każdym z detektorów w obu stacjach (ND i 2km) • W ntupli jest kilkadziesiąt tysięcy przypadków, każdy reprezentujący jedno neutrino przechodzące przez detektor • Nie ma symulacji oddziaływań ani detektora Ntuple definition ID 3000 NFD[0,10]:I  : Number of near detectors defined in the simulation BXFD(NFD):R, BYFD(NFD):R  : Beam center position at each ZFD in the global coordinate XFD(NFD):R, YFD(NFD):R,ZFD(NFD):R   : detector center position in the global coordinate HFD(NFD):R, VFD(NFD):R   : horizontal and vertical half size of the detector ID 3001 Enu:R, ppid:I, mode:I, ppi:R, xpi(3):R, npi(3):R, cospibm:R, ppi0:R, xpi0(3):R, npi0(3):R, cospi0bm:R :  Same as ntuple variables for Super-K. norm:R    : weight factor to give flux/Detector with 1E21 pot for each file rnu:R, xnu:R, ynu:R  : position of neutrino at the detector in the detector coordinate.  The detector center is the origin.        The global coordinate position can be obtained by adding XFD(idFD), YFD(idFD) nnu(3):R : neutrino direction in the global coodinate. idFD:I  : detector ID number. (e.g. 3000.XFD(idFD) is the x position of the idFD detector.) http://jnusrv01.kek.jp/jhfnu/internal/nubeam/flux/index.html

15. Interpretacja i szczegóły techniczne ν y • Dla każdego przypadku w ntupli wyciągamy jego położenie – pozycję na płaszczyźnie przecinającej detektor dla z=0 (nazwijmy ją środkową)[UWAGA: punkt (0,0,0) jest w środku detektora!] • Oraz kierunek neutrina w tym miejscu w postaci trzech współrzędnych wektorka kierunkowego • Wszystko to zapisujemy w PAWiu do pliku tekstowego, żeby dalej przerabiać w programie ROOTowym • FV: 400x350x350cm x ynu z x Pł. środkowa xnu Od frontu Z góry Wektorek kierunku neutrina ma współrzędne: nnu(1),nnu(2),nnu(3). Jest znormalizowany.

16. Obrazki: rozkłady xnu i ynu Skala!

17. Mój plan • Chcemy mieć zależność: kierunek wektora w funkcji xnu i ynu • Robimy fit współrzędnych: x i y wektorka (czyli nnu(1),nnu(2)) w funkcji xnu i ynu • Współrzędną z wektorka liczymy z normalizacji • Losowanie • Losujemy punkt na płaszczyźnie środkowej z rozkładu xnu,ynu • Obliczamy dla niego wektorek z fitu powyżej • Losujemy długość (od -300 do 300cm) • Nadajemy wektorkowi taką długość • Jeśli punkt znajduje się w detektorze to mamy punkt oddziaływania, jeśli nie – pomijamy go.

18. Fit y wektorka (xnu, ynu) x wektorka (xnu, ynu)

19. Ostateczny rozkład punktów

20. Ostateczny rozkład punktów

21. Podsumowanie • Punkty są gotowe (w pliku tekstowym) do nakarmienia nimi Geanta4 • Przydadzą się do symulacji pizer w T2KLAr