線源データと MC の解析

2013/9/7 DCJ Meeting

首都大学東京　修士一年清水沙也香

目的1. 新しい線源データと MC の Quality check - ZAXIS 137Cs, 60Co, 68Ge, 252Cf - 線源の再構成位置に問題のあったラン

2. DC2ndPub （ LTv7 ）と新しいデータ（ LTv8 ）の比較 - 1 MeV あたりの観測光電子数 - エネルギーの非線形性 - エネルギーの Z 軸上位置依存性 - エネルギーの非線形性による系統誤差の見積もり

2

3rd Pub

2nd Pub トリガーレート

3rdPub で 68Ge におかしなトリガーレート →データベースの不備として報告137Cs のばらつきについては依然不明

DCZAXIS CS137(z = 1437 ～ 2837)

DCZAXIS GE68

3

137Cs Background : 最も近い番号の PhysicsRunFit : Andi’s Function(H 捕獲 )

2nd Pub

EvisID EvisID

3rd Pub

使用したラン　 244570.66MeV(β-)ZAXIS Z = 12mm

4

60Co Background : 最も近い番号の PhysicsRunFit : Andi’s Function(H 捕獲 )

EvisID EvisID

使用したラン　 245382.50MeV(β-)ZAXIS Z = 12mm

2nd Pub 3rd Pub

5

68Ge Background : 最も近い番号の PhysicsRunFit : Double Gaussian で Fit し、 エネルギーが大きな Mean を使用

EvisID EvisID

使用したラン　 239221.022MeV(e+e-)ZAXIS Z = 12mm

2nd Pub 3rd Pub

6

Fit

𝑓 (𝑥 )=𝐴{( 𝐴𝑡+𝐴𝑝

0.22672−1)𝑒𝑠 (𝑥− 0.96881𝜇)erfc (𝑥−0.96881𝜇𝜎 )+𝑔𝑎𝑢𝑠𝑠 (𝑥 ,𝜇 ,𝜎 )

+𝐴𝑡𝑒𝑠 (𝑥−1.04422 𝜇)erfc ( 𝑥−1.04422𝜇1.03705𝜎 )+𝐴𝑝𝑔𝑎𝑢𝑠 𝑠 (𝑥 ,𝜇 ,𝜎 )   }

252Cf 選別 ,Fitting

𝑓 (𝑥 )=𝐴¿

Prompt Signal前の信号と 1.5ms 以上の間隔& 5MeV< EvisID <30MeV

Delayed SignalPrompt Signal より 1ms 以内& 0.5MeV< EvisID <15MeV

1. Muon VetoCharge ID > 10000DUQ or EvisID0 > 30MeV -> Veto 1ms

2. Light Noise CutQratio>0.1 , RMSTstart>40ns or EvisID <0.5MeV

H 捕獲 : Andi’s Function

Gd 捕獲 : Andi’s Funtion

7

252Cf Background : 最も近い番号の PhysicsRunFit : Andi’s Function

2nd Pub 3rd Pub

使用したラン　 239812.223MeV(H 捕獲 )7.937MeV(Gd 捕獲 )ZAXIS Z = 12mm

𝑓 (𝑥 )=𝐴{( 𝐴𝑡+𝐴𝑝

0.22672−1)𝑒𝑠 (𝑥− 0.96881𝜇)erfc (𝑥−0.96881𝜇𝜎 )+𝑔𝑎𝑢𝑠 (𝑥 ,𝜇 ,𝜎 )

+ 𝐴𝑡 𝑒𝑠( 𝑥− 1.04422𝜇)erfc ( 𝑥−1.04422𝜇1.03705𝜎 )+𝐴𝑝𝑔𝑎𝑢𝑠 (𝑥 ,𝜇 ,𝜎 )   }

8

再構成位置に問題のあったラン 23922キャリブレーションリストによると ZAXIS GE68(0,0,12)

→ データのピークは約 -300mm 　※ 23923(0,0,-308)

3rd Pub2nd Pub

キャリブレーションデータベースの位置情報の不備として報告 9

1MeV あたりの観測光電子数

2nd Pub での変換係数 (Official) MC : 227.7 PE/MeV DATA : 229.9 PE/MeV

3rd Pub での変換係数 (Official) MC : 185.3 PE/MeV DATA : 185.1 PE/MeV

3rd Pub2nd Pub

MC : 228.2 PE/MeV DATA : 229.8PE/MeV MC : 184.9 PE/MeV DATA : 184.9 PE/MeV

252Cf の水素捕獲事象のピーク (2MeV) から光量をエネルギーに変換するための係数を求めている

実際に使用されているものと同じ値が得られた

▶ 　 Standard candle : run 23981

10

エネルギーの非線形性 ▶ DC-doc-3920-v1 C.Aberle,B.Reinhold ▶ DC-doc-4926-v3

C.Aberle,B.Reinhold,...

フィッティングの結果からデータと MC のピークのずれを比較

2nd Pub 3rd Pub

Ge

Cf(H)

CoCf(Gd)

Cs

Ge

Cf(H)

Co

Cf(Gd)Cs

• これまでに行われた解析結果をおおむね再現• 3rdPub について非線形性が大きく変わっている 11

エネルギーの Z 軸上位置依存性

• 3rd Pub では線源によるばらつきが大きくなっており、傾向も異なる

• Z 軸上の依存性はあまり見られない

2nd Pub 3rd Pub

12

1st Calibration campaign

2nd Calibration campaign

1で使用するデータ

2で使用するデータ

エネルギー非線形性による系統誤差の見積もり

– 137Cs,60Co,68Ge,252Cf(H),252Cf(Gd) の検出器中心での DIF を比較、RMS を系統誤差とする

– エネルギー再構成には熱中性子の H 捕獲 (2.2MeV) が用いられている– 低エネルギーでは系統誤差はないものとみなし、

高エネルギーのピーク (8MeV) での DIF の平均から系統誤差を求める

𝐷𝐼𝐹=2 (𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶−𝐸𝑣𝑖𝑠𝐷𝑎𝑡𝑎 )𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶+𝐸𝑣𝑖𝑠𝐷𝑎𝑡𝑎

1. 検出器中心の線源データを用いた手法

2. 熱中性子の Gd 捕獲事象を用いた手法

系統誤差の見積もりには以下の値を用いた

13

Ge Cf(H) Co Cf(Gd)Cs

検出器中心の線源データを用いた系統誤差の見積もり

137Cs,60Co,68Ge,252Cf(H),252Cf(Gd) の検出器中心のデータのエネルギースペクトルのばらつきを比較、5 点の RMS を系統誤差とする

Double Chooz Official : 2nd Pub

2ndPub : σ = 0.62%3rdPub : σ = 1.42%

• 2nd Pub の値は公式よりやや小さい結果となった• 3rd Pub のほうが系統誤差が大きく見積もられる

14

注 ) Double Chooz Official 2nd Pub : σnon-linearity = 0.85%

問題点

2nd Pub の評価で用いられた手法低エネルギーでの誤差はないものとし、252Cf の Gd 捕獲ピーク (7.9MeV) でのずれの平均から非線形性の系統誤差を求める

𝜎 𝑛𝑜𝑛−𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟𝑖𝑡𝑦=√ ¿𝐷𝐼𝐹>¿2+02

2¿

2nd Pub : σ=0.95% 3rd Pub : σ=1.41%

Ge

Cf(H)

Co

Cf(Gd)

Cs

3rd Pub におけるDIFのエネルギー依存性

Ge Cf(H) Co Cf(Gd)Cs

252Cf(Gd)における DIFの Z依存性

DIFのエネルギー依存性𝐷𝐼𝐹=2 (𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶−𝐸𝑣𝑖𝑠𝐷𝑎𝑡𝑎 )𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶+𝐸𝑣𝑖𝑠𝐷𝑎𝑡𝑎

(%)

熱中性子の Gd 捕獲事象を用いた系統誤差の見積もり

―　 2nd Pub―　 3rd

Pub

3rd Pub のデータでは低エネルギーでのずれが大きく無視できない 15

熱中性子の Gd 捕獲事象を用いた系統誤差の見積もり

68Ge のピーク (1.12MeV) と 252Cf の Gd 捕獲ピーク (8MeV) のズレをもとに非線形性の系統誤差を求める

68Ge 252Cf(Gd)

𝜎 𝑛𝑜𝑛−𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑟𝑖𝑡𝑦=√¿𝐷𝐼𝐹≥¿2+ ¿𝐷𝐼𝐹 Cf >¿2

2¿

2nd Pub : σ=0.99% 3rd Pub : σ=2.28%

2nd Pub と比較すると系統誤差が大きく見積もられる

Official 2nd Pub

16

系統誤差の改善

17

データと MC の差分を一次関数で補正

補正前

𝑓 =1.85−0.37× EvisIDMC

方法 1 : σ=1.42%→σ = 0.84%　方法 2 : σ=2.28%→σ ~ 1.4%

補正後

適切な関数で補正することで統計誤差を抑えることが期待できる

まとめ

• DC3rdPub の線源データを解析した• データベースに問題があると疑われるランを発見• 光電子数からエネルギーへの変換係数、

エネルギーの非線形性、Z 軸上の位置依存性を再現

• エネルギーの非線形性による系統誤差の見積もりを行った

18

BACKUP

19

20

補正前 補正後

▶ Ge68 ZAXIS Z=0 45133

▶ Cf252 ZAXIS Z=0 23981

𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶=200+𝑎𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶−𝑏200−𝑎𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶+𝑏

𝐸𝑣𝑖𝑠𝑀𝐶

3rd Pub

2nd Pub Run Length

21

トリガーレート

22

▶ 　 2nd Calibration Campain : 137Cs45584 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1192)45585 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1192)45586 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1232)45587 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1292)45588 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1337)45589 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45590 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45591 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45592 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45593 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45594 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1437)45595 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1537)45596 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1537)45597 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1687)45598 DCZAXIS CS137 (0, 0, 1837)45599 DCZAXIS CS137 (0, 0, 2337)45600 DCZAXIS CS137 (0, 0, 2837)

Andi’s Function を用いた Fit の失敗例

23

エネルギーの Z 軸上位置依存性 ▶ DC-doc-4926-v3

C.Aberle,B.Reinhold,...

1st Calib 2nd Calib

24

再構成位置の比較

• 3rd Pub ではデータが負の方向に、 MC が正の方向に再構成されやすい傾向が見られる

Data - True2nd Pub MC - True

下方向にシフト

上方向にシフト

3rd Pub

60Co(Z = 1132)

60Co(Z = 1132)Data - True MC - True

25

MC : 167.7 PE/MeV DATA : 144.2 PE/MeV

エネルギー分解能と予測される光電子数

2nd Pub 3rd Pub

2nd Pub での変換係数 MC : 227.7 PE/MeV DATA : 229.9 PE/MeV

3rd Pub での変換係数 MC : 185.3 PE/MeV DATA : 185.1 PE/MeV

MC : 132.9 PE/MeV DATA : 130.8 PE/MeV

𝜎𝐸

=1

√167.74×𝐸𝜎𝐸

=1

√130.83×𝐸

• DATA と MC の分解能の違いは DC3rdPub で改善された• 見積もられた変換係数との違いは、分解能が観測光電子数の統計的ゆらぎ

以外の効果で悪くなったためと考えられる

分解能は観測される光電子数に依存するため、各ピークのエネルギーと σ から 1MeV あたりの光電子数を見積もることができる

26

今後の課題

• 位置再構成バイアスが DC2ndPub と DC3rdPubで変わっている疑いがあるので評価する

• Guide tube 線源データの解析を行う

• エネルギー非線形性が変わった原因を検証する

27