T2KK  および  T2KO  実験での質量階層性、CP位相測定の可能性  

Yoshitaro  Takaesu    U  of  Tokyo  

In  collabora0on  with  K.  Hagiwara,  N.  Okamura,  P.  Ko  (work  in  progress)  

t  2.06.29  AM

t  2.06.29  AM

Mass  Hierarchy  Dirac  CP  Phase  

Several  ways  to  determine  them  Long  Base  Line  

LBNE  

Nova  

Fermi  Lab  

T2K  

J-­‐PARC  

LBNO  

CERN  

Atmospheric  

ICECUBE  

SK  

HK  INO  

Experiments  for  MH  and  CP  phase

Reactor  (MH)  JUNO  (CHINA)   RENO-­‐50  (KOREA)  

   T2KK:  100  kton  in  Korea  [hep-­‐ph/0410229,  0504026,  0901.1517,  1001.5165]        T2KO:  100  kton  in  Oki  Island  [0804.2111,  1209.2763]                *  SK  (22.5kton)  will  be  used  as  a  near  detector  

3  

SK  

T2KO  (650  km)  T2KK  

(1000  km)  

T2K  (250  km)  

100  100  

22  

Oki  

T2KK  and  T2KO  proposals  

Analysis  method   �2analysis

•   SystemaWcs  •   maXer  density:  6%  •   Cross  secWon,  normalizaWon:  3%  •   fiducial  volume:  3%    •   NC  pi0  BG  modeling  (T2K  result)  

•   Parameters  �m2

12 = (7.5± 0.2)� 10�5eV2

�m213 = ±2.35� 10�3eV2

•   Backgrounds  •   Secondary  beam:  •   miss-­‐ID  neutrino    •   pi0  BG  with  improved  rejecWon  (POLFIT)     SK  

T2KO  

T2KK  

�e, �̄e, �̄µ(�µ)

�CP

sin2 2�12 = 0.857± 0.024sin2 2�13 = 0.095± 0.005sin2 �23 = 0.5± 0.1

・Signal:   �µ � �e, �µ �̄µ � �̄e, �̄µ*Improvements  from  0901.1517                                                                                1209.2763    

Expected  energy  distribu0ons

Total  events  CCQE  signal  CCRES  signal  NCpi0  BG  (uncertainty)  miss-­‐ID  neutrino  BG

SK  

T2KO  

T2KK  �

�̄

�

�

�̄

�̄

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°)

NH, sin2θ23 = 0.5

ν : ν− = 5 : 0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°)

NH, sin2θ23 = 0.54 : 1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°)

NH, sin2θ23 = 0.53 : 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°)

NH, sin2θ23 = 0.5

2.5 : 2.5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°)

IH, sin2θ23 = 0.5

ν : ν− = 5 : 0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°)

IH, sin2θ23 = 0.54 : 1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°)

IH, sin2θ23 = 0.53 : 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°)

IH, sin2θ23 = 0.5

2.5 : 2.5

MH  sensi0vity  with        and          beam  (T2KK)     � �̄The  sensiWvity  is  enhanced  by  including  anW-­‐neutrino  focusing  beam.

3:2  ~  1:1  neutrino  anW-­‐neutrino  beam  raWo  is  best.  MH  can  be  determined  with  3  –  5  sigma  CL  in  5  years.  

T2KK  NH   T2KK  IH  

MH  sensi0vity  with        and          beam  (T2KO)    

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Oki) = (2.5°, 0.9°)

NH, sin2θ23 = 0.5

ν : ν− = 5 : 0

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Oki) = (2.5°, 0.9°)

NH, sin2θ23 = 0.54 : 1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Oki) = (2.5°, 0.9°)

NH, sin2θ23 = 0.53 : 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Oki) = (2.5°, 0.9°)

NH, sin2θ23 = 0.5

2.5 : 2.5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (2.5°, 0.9°)

IH, sin2θ23 = 0.5

ν : ν− = 5 : 0

0

5

10

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20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (2.5°, 0.9°)

IH, sin2θ23 = 0.54 : 1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (2.5°, 0.9°)

IH, sin2θ23 = 0.53 : 2

0

5

10

15

20

25

30

35

40

-180 -90 0 90 180

∆χ2

δCP

OAB(SK, Kr) = (2.5°, 0.9°)

IH, sin2θ23 = 0.5

2.5 : 2.5

� �̄The  sensiWvity  is  enhanced  by  including  anW-­‐neutrino  focusing  beam.

3:2  ~  1:1  neutrino  anW-­‐neutrino  beam  raWo  is  best.  MH  can  be  determined  with  2  –  4  sigma  CL  in  5  years.  

T2KO  NH   T2KO  IH  

0

10

20

30

40

50

60

-180 -90 0 90 180

Unc

erta

inty

of δ

CP

true δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°), NH (true-MH fit)ν : ν− = 5 : 0

4 : 13 : 2

2.5 : 2.5

0

10

20

30

40

50

60

-180 -90 0 90 180

Unc

erta

inty

of δ

CP

true δCP

OAB(SK, Kr) = (3.0°, 0.5°), IH (true-MH fit)ν : ν− = 5 : 0

4 : 13 : 2

2.5 : 2.5

CP  measurement  with        and          beam       � �̄UWlizing  anW-­‐nu  beam  also  improves  the  CP  phase  measurements.

0

10

20

30

40

50

60

-180 -90 0 90 180

Unc

erta

inty

of δ

CP

true δCP

OAB(SK, Oki) = (2.5°, 0.9°), NH (true-MH fit)ν : ν− = 5 : 0

4 : 13 : 2

2.5 : 2.5

0

10

20

30

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50

60

-180 -90 0 90 180

Unc

erta

inty

of δ

CP

true δCP

OAB(SK, Oki) = (2.5°, 0.9°), IH (true-MH fit)ν : ν− = 5 : 0

4 : 13 : 2

2.5 : 2.5

T2KK  NH   T2KK  IH  

T2KO  NH   T2KO  IH  

Summary  We  revisited  the  sensiWvity  of  T2KK  and  T2KO  proposals  to    neutrino  mass  hierarchy  and  Dirac  CP  phase  with  

   realisWc  pi0  background  esWmaWon      anW-­‐nu  beam  opWon  

Dirac  CP  phase                  The  sensiWvity  is  slightly  improved.    

     If  MH  is  determined,      T2KK  measures                    with  >  +-­‐  20°  accuracy.      T2KO  measures  　        with  >  +-­‐  20°  accuracy.                                          

MH      The  sensiWvity  is  significantly  improved  by  including    

               anW-­‐nu  beam  opWon.                  Especially  for  CP  phase  ~  -­‐90  deg.  (NH)  and  ~90  deg.  (IH).

 T2KK  has                                sensiWvity  (3°  OAB,                                                    ).    T2KO  has                              sensiWvity  (2  ~  3°  OAB,                                                ).      

3 � 5� sin2 �23 = 0.5sin2 �23 = 0.52 � 4�

�CP

�CP