Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III
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Precise Measurement ofSolar Neutrino
with Super-Kamiokande-III
池田一得元、神岡・竹内研究室
現、京都・高エネルギー物理研究室2010 年 4 月 9 日
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目次
• 背景• 本研究の目標• 検出器• 低エネルギーBGの削減• 系統誤差の見積もり• データ解析結果• 振動解析結果• まとめ• ( 3 世代振動解析)
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太陽ニュートリノ• 太陽内部の核融合反応の際に放出されるニュートリノ。• 全体としては 4 つの陽子が 1 つの α と 2 つの陽電子と νe になる反
応。• フラックスは地上で 660 億個 cm-2s-1
– 太陽は巨大なニュートリノ源である
• ニュートリノ振動の研究、太陽モデルの検証
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太陽ニュートリノ周辺の年表
年
19391962-31968
1978,8619901994199519981999
2001
20022005:
実験
理論H.Bethe 太陽内部の核融合反応について
J.N.Bahcall 最初の SSM 計算Cl 実験の提案R.Davis Cl 実験
最初の太陽 ν 観測結果レート Cl/SSM=0.3
Ga 実験スタート
BP95 と 0.1 %の精度で一致
M.S.W. 太陽内部の物質効果を示唆
Ga 実験結果レート Ga/SSM=0.6
Kamiokandeレート Kam/SSM=0.47
計算精度の向上
“ 太陽 ν 問題は SSM の他にある?”大気ニュートリノ振動を確認SK-I 最初の結果 SK/SSM=0.36
SNO:CC 測定と SK:ES 測定より太陽 ν の中に νμτ 成分を確認
Global 解析により LMA 解に絞られるKamLAND 原子炉 ν
LMA 領域に解
太陽 ν 問題
太陽表面の化学組成を更新日震学の測定と合わなくなる。1 %以上あわない。新しい太陽問題 未検証
日震学の測定
みんな信じる信じない
SSM を検証する新たな実験結果が必要
“ 太陽 ν 問題は SSM のせいではない!”
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Solar+KL
From DecowskiNeutrino 2008
flavor eigenstate
mass eigenstate
精密測定の時代
LMA
LOW
SMA
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目的:物質効果によるエネルギー増歪
SK-I 太陽デデデ MeV 閾値
P(
e
e)
真空振動優勢
物質振動優勢
e survival probability
ニュートリノエネルギー [MeV]
解析閾値 4MeV,BG70% 削減、統計誤差半分
5 年分のデータ ( 予想 )約 10 %の増加歪みを見たい
Pee ~ (sin212)
Pee ~ (1-(1/2)sin2212)
Electron total energy [MeV]
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solar+ e + e
Scientific American
solar
Ee = 9.87MeVcossun = 0.915
電子は ν の入射方向に反跳されやすい
Ee = 9.87MeVcossun = 0.915
リアルタイム観測が可能 昼夜変動や季節変動の観測
光を受けた PMT の数からエネルギースペクトル測定 (6 ヒット /MeV)
リングのパターンから粒子方向(太陽方向)
SK における太陽 ν の反応
e デデデ e- =~0.15×ee-
直径 40 m高さ 40m50kton の純水タンク有効体積 22.5kton
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SK 実験の概要
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SK-III 太陽ニュートリノ観測SK-I と違う点 貢献
度• FRP+アクリルカバー が全PMTに取り付けられた ☺ 再建参加 ( FRPによる BG 増☹ )• 統計量が約 3 分の 1☹ 系統誤差で勝負• 水循環システムの改良 ☺ 手伝う• 検出器較正の改良 ☺ PMT時間較正担当• 方向再構成方法 ☺ 担当• 検出器シミュレーション ☺ 一部担当• リダクションツール ☺ 担当
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SK-III 太陽 ν 解析の概要• データセット: 2006/8/5-2008/8/18
– 100%eff @6.5MeV, 実測期間 121.7 日– 100%eff @5MeV, 実測期間 331.5 日– 100%eff @4.5MeV, 実測期間 94.8 日
• 主なデータリダクション– ランセレクション: 4.5-6.5MeV のサンプルでは、 BGレベルの高い期間
(較正作業後や水装置のメンテナンスによる ) は除かれている。 その結果、実測期間は 298.2 日となった 。 6.5-20MeV のサンプルでは、実測期間 547.9日となった
– ノイズリダクション ( Fiiducial volu m e cut: 22.5kton など)– Spallation cut :宇宙線 μ起源の BG カット– Ambient cut :ヒットパターンと時間分布の質の悪い事象をカットする。– Gamma ray cut: 壁際の γ線起源の BG カット– Clustering hit cut; 低エネルギー BG のための新しいカット– Tight fiducial volume cut: 低いエネルギー領域に適用
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低エネルギーBGの削減
• 水循環システムの改良• 検出器較正の改良
–特に PMT 応答時間較正• 新しい BG除去方法の開発
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SK-III で初めて導入された較正
ヒットタイミング [nsec]
タイミ
ング
の補正
これまでになかった新しい補正
傾き -0.67ns/100ns
この改良により有効体積の不定性が
これまでの 1.3% から 0.54% になった※これまでの較正はヒットチャージ、PMTの位置に依存する補正のみ
線源の位置と再構成位置とのずれ新較正適用前 新較正適用後
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新較正を適用した前と後
R2 [m2] Z [m]
Num
ber o
f Eve
nts
After
/Bef
ore
0.7
192day 分のデータ , ファイナルサンプル用のカット適用( tune は SK-I に合わせてある) , で効果を見る。
特に壁際でバックグランドが 2割以上削減
Z
R
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低エネルギー BG のための新しいカットの開発
• 位置的なクラスターと時間的クラスターを見つけるカット。
Hit timing distribution [nsec]
ここで標的となる BG は小さなクラスタと DARK ヒットが重なったものが多い。つまり TOF を引かない時間分布をみると、比較的小さなピーク( 10nsec に 5から 7 ヒット)と DARK によるまばらな時間分布になる。一方、本物の壁付近の ν事象は時間的にもまとまった分布( BG よりも大きなピーク)になる。
Hit charge distribution [p.e.]
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カット変数パターンのクラスターを見
つける変数 R02• 20nsec 以内のヒット PMT
の内 1/5 のヒ PMT が含まれる、最小の半径を探す。
その半径を R02 とする
ヒットタイミングのクラスタを探す変数 N20rawT
• TOF を引かないヒット時間分布の 20nsec 以内のヒット数 N20rawT
R02
N20rawT
Hit timing [nsec]
Hit PMT
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N20rawT と R02 の相関N
20ra
wT/
Neff
BGサンプル( Gamma ray Cut 後 )R> 13m z>-3m
太陽 νMC( Gamma ray Cut 後 )R> 13m z>-3m
R02 cm R02 cm BG のクラスタと信号を区別することができる。
5.<E<6.5 MeV
line y=75./x
5.<E<6.5 MeV
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1次元分布 R02*N20rawT/Neff
Blue BG サンプルRed 太陽 νMC
Gamma ray Cut 後R> 13m z>-3m
4.5<Energy <5.0
sign
ifica
nce
R02*N20rawT/Neff R02*N20rawT/Neff
cut cut
Gamma ray Cut 後R> 13m z>-3m
5<Energy <6.5
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Vertex 分布 新カット前 ( 上図 ) 後(下図)
FV12.3kt FV13.3kt FV22.5kt
事象
/day/grid
5.5-6.5 MeV5.0-5.5 MeV4.5-5.0 MeV
R2 m2R2 m2R2 m2
Z m
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系統誤差を小さくする
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SK-III 系統誤差 ( フラックスに対する )
Winter又はOrtizの異なる計算を用いた場合
1.3%@SK-I ( PMT時間較正の改良 )
1.2%@SK-I ( 方向再構成の改良 )
0.65%+2.1%-1.6%@SK-I (リダクションツール、MCの改良)
0.5%@SK-I ( 方向、 vertex shift の改善 )
+3.5%-3.2%@SK-I 約 60% になった
エネ
ルギ
ー相関
あり
エネ
ルギ
ー相関
なし
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方向再構成の改良
• 方向再構成の Likelihood関数にエネルギー依存を導入。
Electron Energy [MeV]
SK-I angular resolution
SK-III angular resolution
~10%improvement@5MeVD
egre
e
Electron Energy [MeV]
MC
とD
eta
のず
れ
最大でも0.7% のずれ
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SK-I と SK-III のエネルギー相関のある系統誤差
エネルギースケール 0.53%エネルギー分解能 2.5%Ortiz B8 spec & Bahcall err.
Erectron Total energy MeV Erectron Total energy MeV
エネルギースケール 0.64%エネルギー分解能 2.0%Ortiz B8 spec & Bahcall err.
SK-IIISK-I
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Winter (新) と Ortiz (旧) の8 Bスペクトル
α エネルギーの精密測定不定性が 0.275%Bahcall の 10 分の 1 の大きさ .
4MeV Total ElectronEnergy 20MeV
within5%
Orti
z /
Win
ter
Total Electron energy MeV 2010
OrtizWinter
8B8Be+e++ν ↳ α崩壊 4He+4He
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データ解析
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各リダクションステップごとの事象数とカット効率
SK-I SK-III
6.5-20MeV 547.9日
4.5-6.5MeV298.2 日
Fid.v 22.5kt
13.3kt12.3kt
4.5-5.5MeV でBGが減った
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太陽角分布 5-20MeV
SK-I:2.38+/-0.02(sta.)+/-0.08(sys.) ×106cm-2s-1
SK-II:2.41+/-0.05(sta.)+/-0.16(sys.) ×106cm-2s-1
(re-fitted with Winter06 spectrum)
これまでで最も精度よくフラックスを求めることができた
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低エネルギービン毎の太陽角分布
Even
t/da
y/kt
on
4.5-5MeV の BG レベルは SK-I の 5-5.5MeV 領域の BG レベルと同等※系統誤差を見積もり中なので、今回の振動解析には含まれていない
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SK 2 の定義
8B hep flux の振動あり / 振動なし
統計+ E相関のない系統誤差
δB,δS,δR,β,η がフリーパラメータ
スペクトルフィット 時間変動 E相関のある系統誤差
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χ2 の続きSK-I,II,III の結果を合わせる
9 パラメータで最小化する
さらに、 SNO の NC フラックスの結果を考慮する
Flux を決める β と η は共通最新の SNO の結果( 2009 )
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SK からの Allowed 領域
LMASMA
LOW
LMA 解のみが95 % C.L. で許される。
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全太陽ニュートリノ実験( Global 解析)と KamLAND 実験を合わせた振動解
析• SK-I,II,III スペクトル + 時間変動• SNO phase-I 荷電カレント (CC)事象レート (2002) • SNO phase-II 荷電カレント事象レート (2005)• SNO LETA 中性カレント (NC)事象レート (2009)
( phase-I,II NC レートの再解析と phase-III NC レートを合わせた NC レート)
• Ga 実験 GALLEX 、 GNO 、 SAGE をまとめたレート (2009) • Cl実験 (1998)• Borexino 7Be レート (2008) • KamLAND 原子炉ニュートリノ振動結果 (2008)
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デデデデデデデデ 2
β と η がフリーパラメータ .
Ga/Cl
Ga/Cl/Borexino
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95% C.L.
2 世代グローバル振動解析結果
m2=6.0 x10-5 eV2
tan2=0.44
+1.0-2.1
+0.03-0.04
SNO の最新結果 (2009 ) と比較
今回の結果
m2=7.6 x10-5 eV2
tan2=0.44
95 % C.L.
+0.04-0.03
+0.1-0.4
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SK-III の貢献度
Δm2 [×10-5ev2]
tan2
Δχ2
Δχ2
95% C.L.
tan2=0.44
Δm2 = 6.0×10-5eV2
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観測結果の比較
Latest KamLAND
Latest SNO 実験理論※ sin2θ13=0.01Solar,ATM.Reactor(KL,CH),Acc(K2K,MINOS).
※
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SK-III エネルギースペクトルD
ATA/
SSM
(BP2
004)
Total electron energy [MeV]
Best-fit (tan2=0.44 m2=6.0 x10-5 eV2) χ2= 26.7/20dofFlat distribution χ2= 27.7/20dof
Black: Stat. and E-uncor Sys.Blue: StatRed: E-uncor Sys.
E-cor Sys.Red line: Expected oscillated spectrum 8B (best fit) and hep (ssm)
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展望今回の解析で低エネルギー BG は約 5
0 %削減することができた。 7割の達成率。系統誤差は全体で約 60 %になった =エネルギー相関 のある部分は 10 %( Ortiz ) =エネルギー相関 のない部分は 60 %
>Winter スペクトルを使用。>E-相関 Sys . を見直すよちがある>SK-IV では閾値4MeV 可能 ( 新エレキ) Year
Sigm
a le
vel o
f up
turn
SK の感度
Solar
KamLAND
BGは現在と同じレベルでエネルギー相関のある系統誤差を SK-I の半分であることを仮定
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まとめ• SK-III における太陽ニュートリノ観測を行った• SK におけるフラックスをこれまでで一番精度よく• 2.32±0.5(stat.)±0.4 (sys.) ×105cm-2s-1
• と求めることができた。• 2世代グローバル振動解析の結果
• スペクトルの有意な歪みは観測できなかったが BG 削減、系統誤差の削減により今後の観測に期待がかかっている。
m2=6.0 x10-5 eV2
tan2=0.44
+1.0-2.1
+0.03-0.04
m2=7.6 x10-5 eV2
tan2=0.44+0.04-0.03
太陽 ν 太陽 ν + KL +0.1-0.4
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太陽 ν + KamLANDにおける Θ13 の測定
• イントロ• 方法• 測定結果• 展望
KamLAND (2008) from official site
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太陽 ν 、 KamLAND 大丈夫?
Fogli et.al arXiv:0905.3549v2例えば、 SK-ES,SNO-CC からの 8BFlux, SNO-NC の 8BFlux, SSM の予想する 8BFlux はエラーの範囲で一致
KamLAND L/E 精密測定
大丈夫です。太陽 ν 観測も KamLAND も結果に十分自信を持っています(エラーの範囲内で)
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三世代解析
solar,reactorsθ12~34o
2523.020.0
221
022.0016.012
2
eV 1065.7
304.0sin
m
atmospheric,accelerators
θ23~45o
sin223 0.50 0.060.07
m232 2.40 0.11
0.12 10 3 eV2
CP violation can be observed ifθ13>0
sin213 0.035, 90% CL
0.056, 3
23 13
13 13 12 12
23 23 12 12
23 23 13 13
rotation around x-axis with angle rotation arrotation around y-axis with angle
1 0 0 0 0
0 0 1 0 0
0 0 0 0 1
CP
CP
i
i
c s e c s
U c s s c
s c s e c
デ デ デ デ デ デ デ デ デ デ デ デ デ デ デ デ デデ12ound z-axis with angle
デ デ デ デ デ デ デ
2008 New J. Phys. 10 113011
![Page 43: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/43.jpg)
θ13 の効果Su
rviv
al P
roba
bilit
y2
世代
振動
との
差
tan2 θ12 = 0.47 Δm2 21 = 7.6 ×10−5 eV2
Δm2 23 = 2.3 ×10−3 eV2 Day Night は半分半分。
θ23=2/Pi, CP位相 =0, Normal Hierarchy
sin2θ13= 10-5
sin2θ13= 0.25
From PhD thesis of O. Simard
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Δm132 の符号
From PhD thesis of O. Simard
tan2 θ12 = 0.47 Δm2 21 = 7.6 ×10−5 eV2
Day Night は半分半分。 θ23=2/Pi, CP位相 =0
![Page 45: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/45.jpg)
θ13 の項の確認
Fogli @ Neutrino Telescopes 2009
※物質効果から真空振動への transition は上の式に含まれていません。
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sin212
sin2
13太陽ニュートリノにおける 13
m212=7.6x 10-5 eV2
sin212=0.31 (tan212=0.45)
sin213=0.0 sin213=0.04 sin213=0.08
Pee ~ (1-2sin213)(sin212)Pee ~ (1-2sin213)(1-(1/2)sin2212)
Materr oscillation dominant
Vacuum oscillation dominant
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θ13 の効果
Fogli et.al arXiv:0905.3549v2
赤;太陽 ν Radiochemical SNO-I,II,III SK ES青: KamLAND 2008
θ13>0 の場合Solar が予想する θ12
と KamLAND の予想する θ12
とが近くなる。
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• SK-I,II,III Spectrum and time variation (2006,2007,2009) • SNO : CC flux(2002+2005)
NC flux(2007+2009), Day/Night asymmetry(2002)
• Radiochemical : Cl, Ga– New Ga rate: 66.1 +- 3.1 SNU (All Ga global) From
Phys.Rev.C80:015807,2009. • Borexino
– 7Be rate: 48 +/- 4 cpd/100tons PRL 101: 091302, 2008
• KamLAND 3rd results PRL 100, 221803(2008) (1600 day )
Global 解析
• 実際に動かす振動パラメータ– θ12 、 θ13 、 Δm12 (θ12 Δm12:LMA, sin2θ13 =0-
0.1)• Δm23=2.4×10-3eV2
• θ23=2/Pi, CP位相 =0, Normal Hierarchy
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SK+SNO+Radiochemical+Borexino(Be7)
BestMin 2 = 51.4m2 = 5.8×10-5 eV2
tan2 = 0.44(sin2 = 0.30) sin213 = 0.005B8 = 0.92× B8,SSM
hep = 4.3 × hep,SSM
Other parameters are chosen to minimize 2
3f_1.eps 3f_2.eps
68% C.L. 95% C.L. 99.7% C.L.
68% C.L. 95% C.L. 99.7% C.L.
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1D plot
sin213
2
sin213<0.057 @95%C.L.
3f_5.eps
m2=5.8 x10-5 eV2
tan2=0.44+0.03-0.03
+1.0- 1.6
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得られた結果SNO の解析
SK: SK-I zenith spectra, SK-II day/night spactra SNO: SNO-III, LETA
SK の解析 < 5.7 (95% C.L.)SK: SK-I ,II,III spectrum and time variation SNO: SNO-III+LETA (only NC rate) , SNO-I,II (only CCrate)
1.2σ
1.2σ~ 1.5σ の有意性で θ13> 0Fogli や Schwetz の解析と consistent な結果がえられた。
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Global 解析
線の内側が許される領域
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SK-IIISK-III
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![Page 55: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/55.jpg)
Time variation の χ2
![Page 56: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/56.jpg)
日震学測定とずれる前の図
![Page 57: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/57.jpg)
SK-III スペクトルフィットパラメータ
• 太陽 νベストフィット• -19 -4.22 0.917 1.88 -1.48E-08 0.370 -0.220• 太陽 νKamLANDベストフィット• -18 -4.12 0.884 2.30 9.68E-10 0.262 0.134
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Global χ2 の SK-III 系統誤差依存
Δm2 [eV2]
t an2θ12
Δχ2
エネルギー相関のある系統誤差赤 SK-III の2倍青 SK-III
緑 SK-III の 0.5倍
エネルギー相関のある系統誤差赤 SK-III の2倍青 SK-III
緑 SK-III の 0.5倍
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それぞれの領域の振動確率
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太陽角度分布 5-20MeV
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Uptern の評価太陽 νベストフィット χ2= 21.2/20dof太陽 ν + KamLAND ベストフィット χ2= 21.2/20dofフラット分布 χ2= 21.5/20dof
Electron Total Energy [MeV]
DA
TA
/SS
M20
04SK-III スペクトルと振動解析結果の期待値
Winter 06 spectrum
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SK-I SK-II SK-III with Solar best
SK-I SK-II SK-III
Total electron energy [MeV]
stat. uncertainty only
Winter 06 spectrum
![Page 63: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/63.jpg)
スーパーカミオカンデ検出器
エレクトロニクスハット
コントロールルーム
水純化装置
SK2km
3km
1km(2700mwe)
39.3m
Inner Detector (ID)20 インチ光電子増倍管( PMT )が 11129 本(SK-III)40 %光電面被覆率
Outer Detector (OD)8インチ PMT が1885 本(SK-III)
跡津口へ
跡津口茂住
岐阜県飛騨市神岡町池の山
41.4m
LINAC
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SK 検出器
太陽ニュートリノν+e- ν+e-
超新星爆発ニュートリノ
![Page 65: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/65.jpg)
水流制御システム
これまでの水の流れ
上下部に
淀みがあっ
た
OD タンクの上部中央と下部からも水を取り出すことで淀みをなくす。
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次のプロットの説明
SK tank
5m 有効体積カット
2m 有効体積カット
有効
体積
をz
で8
分割
-16m~ -12m
-12m~ -8m
-4m~ 0m
-8m~ -4m
0m~ 4m
4m~ 8m
8m~ 12m
12m~ 16m
時間 (SK-III SLE) 時間 (SK-III SLE)
プロットの縦軸は、ノイズカット+クオリティーカットがかかった後の4.5-5MeV の事象発生率 (count/day/kton)
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安定したイベントレート期間の選別
1 月 07 年 1 月 07 年 9 月 08 年9 月 08 年
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水質変化の原因• 5/16-24 2007 循環システムストップ• 6/11-7/30 2007 水の流れの変更 (タンク上から入水) • 7/16-27 2007 新エレクトロニクステスト• 7/30 2007 水の流れ変更(ファイナルセットアップ)• 9/10-13 2007 循環システムストップ• 11/ 2008 入水温度変更• 1/ 2008 比抵抗測定用ケーブル導入• 2/ 2008 LINAC 較正• 3/ 2008 循環システムストップ• 4/ 2008 循環システムストップ シーケンサー導入• 6/ 2008 循環システムトラブル で下部から高 Rn 水が侵入• 7/ 2008 新エレクトロニクステスト
![Page 69: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/69.jpg)
Vertex 分布X 分布
Y 分布
Before Gam CutAfter Gam CutAfter Cluster cut
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Vertex 分布Z 分布
R2 分布
Before Gam CutAfter Gam CutAfter Cluster cut
![Page 71: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/71.jpg)
方向分布Dir X 分布
Dir Y 分布
Dir Z 分布
Before Gam CutAfter Gam CutAfter Cluster cutAfter Tight FV cut
![Page 72: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/72.jpg)
時間分布の TUNE
![Page 73: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/73.jpg)
Water scattering systemWater scattering system
8 Light Injectors4 wavelengths(337,365,400,420nm)Take laser data every 6secfor each wavelength (1800*8*4 events/day)Measurement of the water scattering parameter for event reconstruction
SK-ISK-II
![Page 74: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/74.jpg)
水の散乱吸収パラメータ水の散乱吸収パラメータ
Wavelength(nm)
1/at
ten
uat
ion
len
gth
(1/
m)
-1
-2
better water quality
absorption+scatterings
Included in MC and new fitter
1/at
ten
uat
ion
len
gth
(1/
m)
Wavelength(nm)
Abs.+Scatt.AbsoprtionRay. scatt.Mie scatt.
![Page 75: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/75.jpg)
COREPMT(平均 Q.E.) の TUNE
![Page 76: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/76.jpg)
DTcalib. によるトリガー効率測定
LINAC 最低エネルギーモードX = -4m y=0, z=0
MCDATA
Total energy[MeV]
0.5 %以内スケールのずれ
MCMean4.27Sigma0.82DATAMean4.25Sigma0.81
![Page 77: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/77.jpg)
エネルギースケール
1 LINAC期間中の水透過率の精度
2 位置依存 ( φ 方向)3 時間変化 4 MC simulation の Tuning
精度5 LINAC の電子ビーム精度6 方向依存
SK-I
0.22 %
0.21 %
0.11 %0.1 %
0.21 %
0.5 %
0.64%
SK-III
0.22 %
0.35%
0 %0 %
0.21 %
0.25 %
0.53%
LINAC で tuning
![Page 78: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/78.jpg)
Energy scale systematic uncertainties(2)
Energy In Tank
Average over all position and energy = 0.22%
(E’-
E)/
E
E : energy of MC with 139m WTE’ : energy of MC with 137m WT
Energy scale systematic uncertainty by position dependence = +/-0.35%
Energy scale systematicuncertainty by WT = +/-0.22%
Difference of the water transparency (WT) before (~139m) and after (~137m) LINAC calibration : ~2.0m
![Page 79: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/79.jpg)
透過率の Z位置依存 (TBA) を導入
黒 DATA緑:位置依存なし赤:位置依存あり
Top Bottom Asymmetry (TBA) パラメータ
Ni事象の PMT ヒットレート
![Page 80: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/80.jpg)
2008 年 8 月 DTcalib上: TBA あり下: TBA なし
考慮すべきはLINAC 方向 (下 ) のスケールとその他の方向のスケールがどれだけずれているか。TBA ありでは 0.02% 少なく見積もりすぎか?統計誤差を( 0.25 %)方向依存の不定性にとる。
E- スケール方向依存
DTGen. の影で解析には使えないLINAC 方向(下向き)
Cos θz
+/- 0.5%
+/- 0.5%
![Page 81: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/81.jpg)
季節変動SK-III のみχ2= 13.6 With dof = 7Probability 5.95%
Cf. SK-Iχ2=4.7/7 ( 69.9%)
SK-I,II,IIIχ2= 3.6 ( 統計誤差のみ )With dof = 7Probability 89%
![Page 82: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/82.jpg)
)sys(013.0)stat.(031.0057.02/)(
)(
NightDay
NightDayDNA
昼夜のフラックスの違い
![Page 83: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/83.jpg)
Day スペクトルNight スペクトル
![Page 84: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/84.jpg)
DAY-NIHGT Asymm. の エネルギー閾値依存
Threshold energy [MeV]
AD
N
![Page 85: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/85.jpg)
![Page 86: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/86.jpg)
SNO 実験結果の χ二乗の定義
Radiochemical+Borexino 実験結果の χ二乗の定義
他の太陽 ν 実験結果を含めた解析
( Global 解析)
参考文献 PHYSICAL REVIEW D 62 013002
![Page 87: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/87.jpg)
sin212
sin2 1
3
Analysis of 3 flavor neutrino oscillation (Effect of 13)
m212=7.6x 10-5 eV2
sin212=0.31 (tan212=0.45)
sin213=0.0 sin213=0.04 sin213=0.08
Pee ~ (1-2sin213)(sin212)Pee ~ (1-2sin213)(1-(1/2)sin2212)
Materr oscillation dominant
Vacuum oscillation dominant KamLAND
Pee ~ (1-2sin213)(1-sin2212sin2(m221L/4E) )
(Vacuum Oscillation)
![Page 88: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/88.jpg)
SK+SNO+Radiochemical+Borexino-
sin2
13
13 & 12
log
(m
22
1)
68.3%95%99.73%(2d.o.f.)
m221 & 12
sin213 = 0.01
log(m221)
= -4.22log10(tan2)
Other parameters are chosen to minimize 2
log(m221)
= -4.22
![Page 89: Precise Measurement of Solar Neutrino with Super-Kamiokande-III](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022051416/56814573550346895db241ac/html5/thumbnails/89.jpg)
sin213
2
Result of 13 measurement from SK-I+II+III andother solar neutrino data
2 distribution as a function of sin213 for solar global
3 ,056.0
C.L. 90% ,035.0θsin 132
CHOOZ reactor experiment
025.0010.013
2 010.0θsin
next reactor exp. sensitivity :sin213 > 0.0025
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SNO の最新結果 (2009)
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SK+SNO+Ga+Cl+Borexino+Kamland- Comparison with SNO(2009)-
Ga,Cl,BorexinoSNO(2009)
68%95%99.73%(2d.o.f.)
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Comparison with SNO(2009)68%95%99.73%(2d.o.f.)
m2
21
12 & m221 13 & 12
tan212
sin2
13
SNO(2009) SNO(2009)
Other parameters are chosen to minimize 2
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SK-I, SK-II
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Significance before after the new cut• The vertex distributions in the first page show that inside of
R2=144m(R=12) is already clean, I checked the effect of new cut only for R>12m. For the calculation of Significance, the number of events inside R=12m is also taken into account in both MC and DATA
R2 m2
Sign
ifica
nce
s/sq
rt(B
G)
Red 5.0 - 5.5 MeVBlack 5.5 - 6.5 MeVSolid line: after new cutDashed line; before new cut
There is few % increaseof significance , From this figure, we can get tight fid.vol values, and from where this new cut should be applied.
New cut tight fid.vol cut
New cut
New cut
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tighter goodness cut for 4.5-5MeV
ovaq value
sign
ifica
nce
Blue BG sampleRed MC
after gamcutR> 13m z>-3mEnergy 4.5<E<5 MeV
Especially for 4.5<E<5 MeV,to reduce more BG,I applied tighter ovaQ (=goodness^2-dirKS^2)
CUT
R2 m2
Z m
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Significance of 4.5-5MeV
R2 m2
Sign
ifica
nce
In the same way,I selected the tight fic.vol.
New cut
tight fid.vol cut
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Slope of U-D/((U+D)/2)
6.5 <ENERGY < 14MeV 0<Day< 765 day
Spallation 前のサンプルでエネルギースペクトルの上向きの事象( U )下向きの事象( D ) の差をしらべた
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After chenge energy scalce by 0.25%
0<Day< 765 day
Slop
e of
U-D
/((U
+D)/
2)Eup *1.0025Edown * 0.9975
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歪みのモデル依存
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Trigger eff. uncertainty
5-5.5 MeV 5.5-6 MeV 6-6.5 MeV 6.5-SLE1 (88day)
+/- 1% +/- 0.5% +/-0.1% 0
SLE2(210day)
+/- 3% +/- 1% +/-0.1% 0
total +/- 2.4% +/- 0.85% +/-0.1% 0