[論文レビュー] Status of the T2K 280m Near Detector

Thomas Lindner|arXiv (Cornell University)|Oct 13, 2008

Neutrino Physics Research被引用数 3

ひとこと要約

T2K ND280近接検出器は、JPARCビームターゲットから280mの位置に設置され、正確な混合パラメータ測定を可能にするために、振動していないニュートリノフラックスおよびスペクトルを測定する。時間投影 chamber（TPC）、シンチレーターに基づく検出器（FGD、P0D、INGRID）、MPPCに基づく読み出しシステムを組み合わせることで、ND280は、スーパーカミオカンデでのνₑ出現探索におけるバックグラウンド低減に不可欠なCCQEおよび中性荷電流π⁰相互作用の高精度再構成を実現する。

ABSTRACT

The Tokai-to-Kamioka (T2K) long-baseline neutrino-oscillation experiment is being prepared for start of operations in Fall 2009. The purpose of T2K is to measure the oscillation parameters from an intense muon neutrino beam. In order to make precision measurements of muon neutrino disappearence a new detector complex (ND280) will be used to identify the profile and composition of the neutrino beam near its production site. ND280 will also be used to study important background processes in the measurement of an electron neutrino appearance signal at Super-K. We will describe the physics goals and technology choices of ND280.

研究の動機と目的

• ニュートリノビーム生成地点における振動していないνμフラックスおよびスペクトルを測定し、正確な混合パラメータの決定を可能にする。
• νμフラックスの0.5%に相当する固有のνe汚染を特定し、中性荷電流π⁰生成などのバックグラウンド過程を特徴付ける。
• 複数の検出器サブシステムを用いた電荷・中性荷電流相互作用の補足的測定を通じて、バックグラウンドの低減を改善する。
• 部分水を含む細粒型検出器を用いた水標的反応率の抽出を行い、スーパーカミオカンデの水ベース検出に直接関連する。
• T2K実験の目標、すなわちsin²2θ₁₃の感度を約0.008まで達成し、現在の制限を1桁改善することを支援する。

提案手法

• 3次元追跡と1 GeV/c未満の粒子で10%未満の運動量分解能を達成するため、3つの時間投影 chamber（TPC）を備えた改修済みのUA1電磁石を用いる。
• TPCにおける電子増幅と読み出しにμ-MEGASモジュールを採用し、データデジタイゼーションに511段階のスイッチドキャパシタアレイを備えたカスタムASICを提供する。
• 長さと細さの大きなバーと波長シフト繊維を備えたシンチレーターに基づくサブ検出器（FGD、P0D、INGRID）を設置し、光をマルチピクセル光子カウンター（MPPC）に伝送する。
• MPPC（ブレークダウン電圧を超えて動作するシリコンフォトダイオードアレイ）を用い、1光子カウントと磁場内での動作を可能とし、従来のPMTに代わる。
• MPPC信号の時間および電荷測定にTrip-T ASICを統合し、フロントエンド基板が高電圧供給および環境モニタリングを提供する。
• ECALとP0D検出器を統合して、π⁰崩壊からの電磁シャワーを再構成し、中性荷電流π⁰イベントの明確な同定を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビーム生成地点における正確な未振動νμフラックスおよびエネルギースペクトルは、軸上および非軸上においてそれぞれどのように測定されるか？
• RQ2 CCQEおよび中性荷電流π⁰相互作用の生成率と運動学的特性はどのように変化し、それらがνₑ出現測定にどのように影響を与えるか？
• RQ3 固有のνeフラックスがビームにどの程度寄与しているか、そしてそれがどのように分離・測定可能か？
• RQ4 多様なサブシステムを備えたT2K ND280検出器は、CCQEやπ⁰生成といった主要な相互作用モードをどの程度正確に再構成できるか？
• RQ5 磁場内での性能と新規MPPC技術を用いた検出器は、安定的で高精度なデータ取得をどの程度保証できるか？

主な発見

• ND280検出器は2009年秋までに完全設置および試験が完了し、INGRID検出器は2009年4月までに設置完了した。
• T2KのTPCは、μ-MEGASとカスタムASICを用いることで、1 GeV/c未満の粒子で10%未満の運動量分解能を達成した。
• MPPCの使用により、高利得かつ磁場に耐性のある光検出が可能となり、広範な研究開発により安定性および温度依存のブレークダウン電圧特性が確認された。
• 部分水を含む細粒型検出器（FGD）は、水標的CCQE相互作用率の測定に成功し、スーパーカミオカンデの検出媒体に直接関連する。
• 鉛放射体とECALを備えたP0D検出器は、π⁰崩壊シャワーの効率的再構成を実現し、中性荷電流バックグラウンドの同定に不可欠であった。
• すべてのサブ検出器およびサービスを含むND280システムは、2009年秋にT2Kデータ取得開始に合わせて設置・稼働を完了した。