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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
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Contents
1. Cross Section for Neutrino Reactions
2. Fermi National Laboratory Booster Neutrino Beam
3. SciBooNE Experiment
4. Summary
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pp
Neutral Current
pp
Z
pn
W
pn
Charged Current
1. Neutrino Cross Section
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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
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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
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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
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3. SciBooNE 実験FNAL E-954
BNB + SciBar
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• 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
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• 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
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MiniBooNE
SciBooNESciBooNE 実験ホール実験ホール
Fermi National Laboratory
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~8mSciBar
実験ホール
このあたり
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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
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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----------------------------------------
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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
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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
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SciBar
MRDEC
実験ホールにおける Detector
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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
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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