Double Chooz 実験におけるCalibration 用データの解析

M1 清水沙也香

Motivation

• 今後の研究の候補として– エネルギー再構成– ニュートリノ選別効率の見積もり……など

1. Double Chooz の解析用ファイルの取り扱いに慣れる→応用的な解析に備える

2. 放射線源データの解析は今後の研究で重要

放射線源を用いた Energy Calibration

• ニュートリノの計数、エネルギーを見積もる精度を高める

• 検出器の ν-target 層 ,γ-catcher 層に実際に放射線源をいれて測定する

Z-Axis(ν-target)

Guide tube(γ-catcher)

使用線源60Co γ 線源

(1.25+1.33MeV)Energy scale

137Cs γ 線源 (0.662MeV)68Ge 陽電子線源 Prompt signal

の検出効率252Cf 中性子線源 Delayed signal

の検出効率

γ 線源、陽電子線源の解析

β 崩壊後の核が基底状態に移る際、 γ 線を放出する

e+ はすぐに e- と対消滅を起こし、 0.511[MeV] の 2 本のγ 線を放出する

1. バックグラウンドを取り除く2. 0.35[MeV] 以下はカット3. 適切な関数で Fit し、ピークを MC の結果と比較

– 60Co,137Cs(γ 線源 ) Andi’s Function– 68Ge( 陽電子線源 )Double Gaussian

γ 線源

陽電子線源

Andi’s Function• Compton Edge を考慮したフィッティング用関数– 水素で捕獲された γ 線が放つ光電ピーク

Eγ = 2.223MeV– コンプトンエッジのエネルギー

ECE = – コンプトンエッジ + 光電ピークのフィッティング

)

• 各線源のピークを Eγ としてフィッティング

松本さんの修士論文より

Andi’s Function を用いたフィッティング

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

Gauss 関数による Fitting との比較

χ2/ndf = 1.0909 χ2/ndf = 9.4645

Andi’s Function 一次関数 + Gauss

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

▶ 60Co　 (x, y, z) = (0, 0, 12)[mm]

χ2/ndf = 1.2973 χ2/ndf = 10.2

Gauss 関数による Fitting との比較

▶ 60Co　 (x, y, z) = (12.6, 1434, 0)[mm]Andi’s Function 一次関数 + Gauss

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

χ2/ndf = 1.1877 χ2/ndf = 1.2656

Gauss 関数による Fitting との比較

▶ 137Cs　 (x, y, z) = (0, 0, 12)[mm]

Andi’s Function 一次関数 + Gauss

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

χ2/ndf = 0.6737 χ2/ndf = 1.2762

Gauss 関数による Fitting との比較

▶ 137Cs　 (x, y, z) = (12.6, 1434, 0)[mm]Andi’s Function 一次関数 + Gauss

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

(x,y,z) = (0, 0, 1244)

χ2/ndf = 1.658

▶ 68Ge (x,y,z) = (0, 0, 12)

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

▶ 68Ge (x,y,z) = (12.6, 1288, 0)

(x,y,z) = (12.6, 1654, 1305.3)

(x,y,z) = (12.6, 1654, 1305.3)

χ2/ndf = 1.014

ー　 MC＋　 Data■ 　 BG

中性子線源の解析• 252Cf の自発核分裂

252Cf

n

γ Prompt Signal

Delayed Signal

Gd

γ

nn

<M> = 3.75 個

Double Chooz で検出する νe の逆 β 崩壊

Cut

1. Muon Veto宇宙から飛来する μ 粒子による信号の除去

– Charge ID > 10000[DUQ] ,EvisID0 > 30[MeV]どちらかを満たすとき、 Muon と判定

– 1[ms] の不感時間を設ける

2. Light Noise Cut検出器の発光によるノイズの除去

– Qmax/Qtotal>0.1 ,RMSTstart>40[ns]– いずれかを満たすとき、 Light Noise と判定

Prompt, Delayed の選別• Prompt Signal– 前の信号と 1.5[ms] 以上の間隔かつ

5[MeV]<EvisID0<30[MeV]• Delayed Signal– Prompt Signal より 1[ms] 以内かつ

0.5[MeV]< EvisID0 <15[MeV]

time

>1.5ms 1ms

Prompt Delayed

252Cf エネルギースペクトル

[MeV]

■Delayed< 0.5MeV

■Prompt< 5MeV

H 捕獲2.23 [MeV]

Gd 捕獲

Gd+H 捕獲

Prompt – Delayed 信号間の時間差• Prompt signal を発してから Delayed signal を発す

るまでの時間

[ns]

平均寿命　　 [μs]

Multiplicity

DC-doc-4758-v2Cf-252 Calibration Source Analysis and Efficiency Studies

252Cf が 1 崩壊で放出する平均中性子数は 3.75 個　　　　　→データの選別に問題有

Data - MC のエネルギースケール

137Cs 60Co68Ge 252Cf(H)

137Cs 60Co68Ge 252Cf(H)

Data - MC のエネルギースケール

今後の課題• 252Cf のデータ選別の問題を特定

• 放射線源によるデータの解析手法の確立

• 2ndPub 以降の線源データと物理データのチェック– 線源データ：エネルギー再構成手法の変更に伴う

　　 エネルギーの違い– 物理データ：検出器の長期安定性の確認

使用データ線源の位置(x,y,z)[mm]

Calibration data(線源を入れたデータ )

MC(シミュレーション )

Physics data(バックグラウンド )

Run No. Time[ns] Run No. Time[ns] Run No. Time[ns]60Co 0, 0, 12 24527 3.604e+12 24527 1.011e+11 24547 3.604e+12

12.6, 1434, 0 22681 3.040e+11 22681 1.051e+11 22648 1.466e+12137Cs 0, 0, 12 24454 3.606e+12 24454 1.005e+11 24473 3.605e+12

12.6, 1434, 0 22679 3.040e+11 22679 1.016e+11 22648 1.466e+1268Ge 0, 0, 12 23921 3.040e+11 23921 1.012e+11 23906 3.604e+12

12.6, 1288, 0 22658 6.040e+11 22658 1.033e+11 22703 3.604e+12252Cf 0, 0, 12 24408 9.050e+11 24408 1.015e+11 - -

▶ 60Co ZAXIS & GuideTube

Data

MC

Data

MC

▶ 137Cs ZAXIS & GUIDE TUBE

Data

MC

Data

MC

▶ 68Ge ZAXIS & GUIDE TUBE

Data

MC

Data

MC

Data

MC

Data

MC

▶ 252Cf ZAXIS

Prompt の発生位置

Prompt – Delayed 信号間の距離

[mm]