[論文レビュー] Model uncertainties for Valencia RPA effect for MINERvA

R. Gran|arXiv (Cornell University)|May 8, 2017

Neutrino Physics Research被引用数 8

ひとこと要約

本論文は、GENIEイベントジェネレータにおける荷電-current準弾性（CCQE）ニュートリノイベントにバルセロナRPAモデルとその不確実性を適用するリウェイト法を提示する。2次元（q₀, q₃）重みを用いてRPA抑制効果とそのモデル不確実性を捉え、MINERvA、NOvA、DUNEの解析におけるシステムティック誤差推定を、特別なGENIEサンプルを必要とせずに可能にする。クロージャーテストによる検証と、既存のデータとの整合性も確認されている。

ABSTRACT

This technical note describes the application of the Valencia RPA multi-nucleon effect and its uncertainty to QE reactions from the GENIE neutrino event generator. The analysis of MINERvA neutrino data in Rodrigues et al. PRL 116 071802 (2016) paper makes clear the need for an RPA suppression, especially at very low momentum and energy transfer. That published analysis does not constrain the magnitude of the effect; it only tests models with and without the effect against the data. Other MINERvA analyses need an expression of the model uncertainty in the RPA effect. A well-described uncertainty can be used for systematics for unfolding, for model errors in the analysis of non-QE samples, and as input for fitting exercises for model testing or constraining backgrounds. This prescription takes uncertainties on the parameters in the Valencia RPA model and adds a (not-as-tight) constraint from muon capture data. For MINERvA we apply it as a 2D ($q_0$,$q_3$) weight to GENIE events, in lieu of generating a full beyond-Fermi-gas quasielastic events. Because it is a weight, it can be applied to the generated and fully Geant4 simulated events used in analysis without a special GENIE sample. For some limited uses, it could be cast as a 1D $Q^2$ weight without much trouble. This procedure is a suitable starting point for NOvA and DUNE where the energy dependence is modest, but probably not adequate for T2K or MicroBooNE.

研究の動機と目的

• 標準のGENIEイベントジェネレータ設定には欠落している、ニュートリノ-核反応におけるバルセロナRPAの多核子効果に対する物理的根拠に基づいた定量的不確実性を提供すること。
• RPA抑制効果に不確実性帯を割り当てることで、MINERvA、NOvA、DUNE解析におけるシステムティック誤差の伝搬を可能にすること。これには、特別なイベントサンプルを必要としない。
• RPA補正とその不確実性を、事前に生成されたGENIEイベントに2次元重みとして適用するリウェイトスキームを構築し、シミュレーションの正確性を保持すること。
• クロージャーテストを用いた検証と、MINERvA、ミュオン捕獲、その他の制約との整合性を確認すること。
• RPA効果に明確に定義された不確実性入力を提供することで、将来的なモデル検証およびバックグラウンド制約作業を支援すること。

提案手法

• RPAオンとRPAオフのイベント分布比を、q₀（エネルギー移動量）とq₃（運動量移動量）の2次元空間におけるリウェイト要因として使用する。
• 不確実性はバルセロナRPAモデルのパラメータ変動から導出し、低運動量移動量領域ではミュオン捕獲データからの制約を補完する。
• 2次元重みは、完全にシミュレートされたGENIE + Geant4イベントに適用され、RPA最適化済みの別個のイベントサンプルを必要としない。
• 限定的な用途では、2次元バージョンに比べて精度にやや劣るが、1次元Q²重みとして近似可能である。
• モデルの歪みが顕著な場合のための強化された規定を提案し、エネルギー/運動量移動量のオフセットとパラメータ化された重み調整を含む。
• クロージャーテストによる検証を通し、低Q²領域での期待される抑制が再現され、MINERvAおよびミュオン捕獲データと整合的であることが示された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニュートリノ-核準弾性散乱におけるRPA抑制効果を、実験的解析に使用可能な明確に定義された不確実性でどのように定量的に表現できるか？
• RQ2 新たなイベント生成を必要とせずに、2次元（q₀, q₃）リウェイトスキームがRPA効果とその不確実性を正確に表現できるか？
• RQ3 ミュオン捕獲データの制約を組み込むことで、RPAモデルにおける低運動量移動量領域の不確実性はどのように改善されるか？
• RQ4 2次元重みを1次元Q²重みに近似する場合、精度に顕著な損失が生じる範囲はどの程度か？
• RQ5 クロージャーテストにおける本手法の性能はいかがで、MINERvAデータおよび他の制約とどの程度整合性を示すか？

主な発見

• 2次元（q₀, q₃）リウェイトスキームは、RPA抑制効果とその不確実性を的確に捉えており、高運動量移動量領域ではサンチャゴ-T2Kバンドと一致する不確実性帯に調整されている。
• 非常に低運動量移動量領域における追加の不確実性は、ミュオン捕獲データに基づいて追加され、低Q²領域の抑制を記述する上で極めて重要である。
• 本手法により、事前に生成されたGENIE + Geant4シミュレーテッドイベントにRPA補正とその不確実性を適用可能となり、RPA最適化済みの別個のイベントサンプルを必要としなくなった。
• クロージャーテストにより、リウェイト手順がRPAモデルの期待される挙動と一貫しており、頑健であることが確認された。
• 2次元重みは、GENIEとバルセロナの間のモデル歪みを考慮すると、1次元Q²重みよりもRPA抑制をより正確に表現している。
• NOvAおよびDUNEではエネルギー依存性がやや小さいため、本手法は適しているが、T2KやMicroBooNEではエネルギー依存性が強いので、本手法は不十分である可能性がある。