フェルミ国立研における SciBooNE による　　　　　ニュートリノ － 核子・原子核反応断面積の測定

東工大理 , 京大理 A, KEKB, 東大宇宙線研 C

　柴田利明 , 宮地義之 , 武居秀行 , 中家剛 A, 横山将志 A,

　田中秀和 A, 平出克樹 A, 栗本佳典 A, 中島康博 A, 石井孝B, 　　　田中真伸 B, 早戸良成 C, 他 SciBooNE Collaboration

Sept 20, 2006奈良

Contents

1. Cross Section for Neutrino Reactions

2. Fermi National Laboratory Booster Neutrino Beam

3. SciBooNE Experiment

4. Summary

pp

Neutral Current

pp

Z

pn

W

pn

Charged Current

1. Neutrino Cross Section

pn

Neutrino-induced reaction (CC)

Anti-neutrino induced reaction (CC)

np

Nuclear Targets:　 Elastic　 Quasi-elastic　 Resonance Production ( )　 Coherent Production, Non-resonant Production

)(

)(

Carbon Target

C126

B125

N127

Mirror Nuclei

Oscillation maximumin T2K

DIS

Data from earlier experiments (1970~1980)

Low statistics Systematic uncertainties

Nuclear effects (p/n absorption/scattering, low Q2 region)

Not well-modelledQE

resonance

More data around 1GeV are essentialto advance Neutrino Physics

Charged Current

Protons from Booster: 8 GeV

2. Booster Neutrino Beam (BNB) at FNAL

cf. NuMI

Being operated for MiniBooNE since 2002

エネルギー：J-PARK T2K とほぼ同じ

Meson production cross section by HARP at CERN

3. SciBooNE 実験FNAL E-954

BNB + SciBar

• 次期長基線ニュートリノ振動実験 J-PARK T2K に向けて、 1GeV 近辺のニュートリノ反応を良く理解しておくことが重要。

• ニュートリノビームをプローブとした

　原子核物理の創生。

SciBooNE 実験の目的

• 実験標的＋検出器　（アクティブ ターゲット）：　　ニュートリノビーム生成標的の下流 100m

Decay region

50 mMiniBooNE Detector

SciBarSciBarMiniBooNE beamlineMiniBooNE beamline

100 m100 m 440 m440 m

3.5m

4m

~1.5m

MRDMRD

SciBarSciBar

1.7m

3m

3m

EC

ニュートリノビームと標的・検出器の配置

MiniBooNE　

SciBooNESciBooNE 実験ホール実験ホール

Fermi National Laboratory

~8mSciBar

実験ホール

このあたり

2005 年 12 月に 採択： E954 “SciBooNE”

2006 年 5-8 月　　 SciBar の搬送 (KEK FNAL)

2006 年 10,11 月　測定器組み立て2006 年 12 月　 実験スタート

スケジュール：

1 年間の Run 　 (2x1020 proton on target)

　ニュートリノビーム　 Run 　 0.5x1020 　 POT:

　 (cf. K2K-SciBar: 0.21020 POT)　　　 CC-non-QE の断面積測定 (ex. +n p++)

　反ニュートリノビーム　 Run　 1.5x1020 　　 POT　　　 CCQE, CC-non-QE の断面積測定

Expected Number of Events

Neutrino-induced reactions

---------------------------------------Reaction Number of Events---------------------------------------CC QE 31,720CC resonant 1pi+ 14,108NC elastic 13,751CC multi-pi 5,279NC resonant 1pi0 3,723CC resonant 1pi0 3,106NC resonant 1pi+- 2,372NC multi-pi 1,723CC coherent 1pi+ 1,432NC coherent 1pi0 746----------------------------------------Total 77,960----------------------------------------

Summary

SciBooNE is an experiment of neutrino and antineutrinocross section measurements around 1 GeV

It uses Booster Neutrino Beam at FNAL, and a detector(SciBar, EC, MRD)

It measures Cross section for Nuclear Elastic scattering, Quasi-elastic, Resonance Production ( ), Coherent and non-Resonant Productions in charged and neutral current interactions

The aims are to study neutrino cross section for T2K andalso to open up ‘Nuclear Physics with Neutrino Beam’

Cooperation with theoretical physicists is highly important

Meson Production Cross Sections by HARP at CERN

Protons from Booster: 8 GeV, maximum rate 5Hz, a batch is 1.6x10-6 s wide and consists of 84 bunches, one bunch is 4ns wide, 19 ns peak-to-peak separation to next bunch background suppression

2. Booster Neutrino Beam (BNB) at FNALcf. NuMI

Being Operated for MiniBooNE since 2002

SciBar

MRDEC

実験ホールにおける Detector

p

CCQE candidateCCQE candidate

1

23

CC-non-QE candidateCC-non-QE candidate

Area　of　circle　is　proportional　to　ADC.Hits　along　the　proton　track　are　larger

ννμμ+ n + n μ + p μ + p

ννμμ+ p + p μ + p + π μ + p + π

Vertex!

0

e

e

NC elastic scattering cand.

p

ννμμ+ N + N

ννμμ+ N + π+ N + π00

Large energy deposit in Electron Catcher

e

p

e candidate

ννee+ n + n e + p e + p

NC 0 candidate