A Quick Review of the Dayabay Result

末包文彦・東北大学120308 @ 北大冬の学校

€

νe

ν μ

ν τ

⎛

⎝

⎜ ⎜ ⎜

⎞

⎠

⎟ ⎟ ⎟~

0.8 0.5 sinθ13 < 0.2

0.4 0.6 0.7

0.4 0.6 0.7

⎛

⎝

⎜ ⎜ ⎜

⎞

⎠

⎟ ⎟ ⎟

ν 1

ν 2

ν 3

⎛

⎝

⎜ ⎜ ⎜

⎞

⎠

⎟ ⎟ ⎟

€

′ d

′ s

′ b

⎛

⎝

⎜ ⎜ ⎜

⎞

⎠

⎟ ⎟ ⎟=

0.9743 0.2253 0.0035

0.2252 0.9735 0.041

0.0086 0.040 0.9992

⎛

⎝

⎜ ⎜ ⎜

⎞

⎠

⎟ ⎟ ⎟

d

s

b

⎛

⎝

⎜ ⎜ ⎜

⎞

⎠

⎟ ⎟ ⎟

CKM mixing matrix

Neutrino mixing matrix before 2011

* MNS Matrix is poorly known * Especially finite size of 13 is not known .

Motivation

Murayama

AtmosphericAccelerator

SolarReactor

m2 ~2

.6x10-3 eV

2 , sin2 2~

1.0

m2 ~7

.6x10-5 eV

2 , sin2 2~

0.87

sin2 2

<0.13 @m2 =2

.6x10-

3 eV2

1 upper limit measured

Before 2011

12, 23, 13, m212, m2

23

Importance of determinatin of 13 　

Parameter Measurement Method

CP

23 degeneracy

Mass Hierarchy€

PA ν μ → ν e( ) − PA ν μ →ν e( )[ ]@Δ23

~ 0.1sin2θ13 sinδ

€

PA ν μ → ν e( ) + PA ν μ → ν e( )[ ]@Δ23

~ 2sin2 θ23 sin22θ13

€

PA ν μ → ν e; L( ) + PA ν μ → ν e; ′ L ( )[ ]@Δ23

~ sign Δm232

( ) ′ L − L( )sin2 2θ13

€

PR ν e →ν e( )@Δ12~ 1− 0.5sin2 2θ13 sin2 Δ31 + tan2 θ12 sin2 Δ32( )

* It is one of the fundamental parameters.* Future ν experiments strongly depends on 13.

We can not go further without knowing 原子炉ニュートリノによる 13 測定

νe

νν

€

Φ23 =π2

€

s232 sin2 2θ13

−0.05sin 2θ13

sin2θ23 sin 2θ12 sinδ

€

c232 sin2 2θ13

+ 0.05sin2θ13

×sin2θ23 sin 2θ12 sinδ

€

sin2 2θ13

€

P ν μ ↔ ν e( )

€

P ν e →ν e( )

€

P ν τ ↔ ν e( )

T2K and DC measured same oscillation with different modes

Reactor

T2K

sum

原子炉ニュートリノ

原子炉ニュートリノの発生原理

核分裂

娘核の β 崩壊

β 崩壊１回あたり１個の反ニュートリノ ( ) が生じる

熱出力 3000MW の原子炉は，毎秒 6x1020 個の反ニュートリノを発生している．

反ニュートリノ

νe

n 235U

*

核分裂後の β 崩壊の例

236U

140Te 94Rb

140I94Sr

140Xe94Y

94Zr140Cs e

e

e

e

e

e

νeνe

νe

νe νe

νe

n n

€

235U + n → fission

€

238U + n→239U→239Np + e− +ν e

239Np→239Pu + e− +ν e

239Pu + n→240Pu

240Pu + n→241Pu

= 核分裂性核

核種によるニュートリノスペクトルの違い

原子炉内の各核種の分裂頻度を知っていなければならない． 電力会社より燃料や運転履歴の情報を提供してもらい計算　　する． 核種の量に 5% の誤差があってもニュートリノ量の誤差とし　　ては 1% 程度

原子炉 ν e の検出

pÉÀe

e+e-ɡ(0.511MeV)ɡ(0.511MeV)nGdɡɡɡɡ

Eγ∑ ~8MeV

0 É s prompt signal Delayed signal

ν e +p→ n+e+

e+ +e−→ 2γ

Eν −0.8MeV( )

€

n +Gd → Gd '+γ 's 8MeV( )

２つの信号が出る=>delayed coincidence

E=1~8MeV E=8MeV

~30s

e+n

原子炉νエネルギー =4MeV 加速器νエネルギー ~GeV

€

ν e + A / → μ + + X

How to measure 13 by reactor neutrinos

€

ν e

€

ν e

€

ν

Reactor= Rich Generator

€

ν e

Detector

€

ν e

Signal

€

P ν e →ν e( ) =1−sin2 2θ13 sin2 Δm2L4E

ν oscillation

€

ν e

The probability for to remain

€

ν e

€

ν e

Deficit of sin2213

€

ν e

sin2(213)=0.04 sin2(213)=0.1 sin2(213)=0.2

Looks deficit of ν

E (MeV)

€

ν e spectrum

sensitive only to

€

ν e

1.5x1021ν/s @Chooz reacors

€

ν e + p → e+ + n

2012.1.24 13suekane@TokyoTech

Reactor-13 Site Map; 2005

Double Chooz( 仏 )RENO( 韓 )

Daya Bay( 中 )

Krasnoyarsk( 露 )

DiabloCanyon( 米 )

KASKA( 日 ) Braidwood( 米 )

Angra( ブ )

第一世代の実験は DChooz, DayaBay, RENO に集約

実験グループの変遷

KASKA （日）

DCHOOZ （仏）

Dayabay （中）

Braidwood （米）

Krasnoyarsk （露）

Angra （ブ）

Reno （韓）

DiabloCanyon （米）

2007

2003

結局 KASKA は予算化されず 2007 年 Double Chooz に合流することになった．

Reactor-13 Site Map; 現在

Double Chooz( 仏 )RENO( 韓 )

Daya Bay( 中 )

第一世代の実験は DChooz, DayaBay, RENO に集約

Accessible Oscillations by Reactor ν

F.Suekane@PMN08 17

m 23 1st m

ax

K2K

MINOS

m 12 1st m

ax

nd max

E-L Relation of Oscillation Experiments

nd max

Reactor

(2~8MeV)

Accelerator

NOVA

Opera

T2K

CH

OO

Z DC

ho

ozPa

loV

erd

e

Up to now Future

Da

yaB

ay R

EN

O

KamLANDBugeyGoesgen

Both Oscillations can be accessible by reactor ν

€

E =Δm2

2πL

Mohapatra

今回使用した検出器

AD4,5,6

AD1,2

AD3

L

Event selection

€

0.7 < Ep <12.0MeV

6.0 < Ed <12.0MeV

1μs < Δt < 200μs

⎧

⎨ ⎪

⎩ ⎪

€

* μ − veto

* multiplicity cut : < 3 triggers within (tp - 200μs, td + 200μs)

cut パラメータの直接のスペクトルは論文に載っていない．Near の２つの検出器を比較したものは、別の論文 (1202.6181) にある

Back grounds

Accidental BG * e+-like signal: γ-rays from radioactivity (208Tl, etc.). n-signal: n from muon induced spallation sT accidentally <100s

Correlated BG* Long Life (9Li, 8He) +n –decaying spallation isotopes* Fast neutrons: Recoil proton + neutron capture* Stopping muon + its decay (Michel electron)

0.2%

4.7%Near Far

0.1%

アクシデンタル BKG が多い．9Li は非常に少ない (overburden のため )

イベント数、バックグラウンド

0.33%

Dec.24~Feb.17

0.23%

原子炉からの距離の比が異なるためキャンセル出来ない誤差

reactor 誤差(0.8%)

Detector 誤差(0.2%)

バックグラウンド誤差 (0.2~0.3%)

overall normalization

DC T2K MINOS Combine

NH

NH NH

IH

IH

IH

sin22 1

3

8CL 誤差範囲

Combination が良く働いている．

DB

€

R = 0.940 ± 0.011 stat( ) ± 0.004 syst( )

€

sin2 2θ13 = 0.092 ± 0.016 stat( ) ± 0.005 syst( )

( 目分量 )

　

by Yasuda

L=300km

AcceleratorMeasurement

Re

act

or

Me

asu

rem

en

t

Complementarity of Reactor-Accelerator 13 measurement

€

PAC ν μ →ν e( ) =0.50 ± 0.11

1 m0.00017L km[ ]( )2 sin2 2θ13 ± 0.045sin2θ13sinδ

dependece

　

Matter effect

23 degeneracy

T2K

: P

~0.

055±

xx

(gue

ss f

rom

sin

22

13 v

alue

)

If =

0.05

5±0.

004

計算は正確ではない（目分量）．感じをつかむためのもの