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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