[论文解读] Status of the T2K 280m Near Detector

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

Neutrino Physics Research被引用 3

一句话总结

T2K ND280 近端探测器安装在 JPARC 束流靶前 280 米处，测量未振荡的中微子通量和能谱，以实现精确的振荡参数测量。通过结合时间投影室、闪烁体探测器（FGD、P0D、INGRID）以及 MPPC 读出系统，ND280 实现了对带电流单电子（CCQE）和中性流 π⁰ 作用的高精度重建，这对减少超级神冈探测器中 νₑ 出现搜索的本底至关重要。

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.

研究动机与目标

• 在中微子束流产生位置测量未振荡的 νμ 通量和能谱，以实现精确的振荡参数测定。
• 表征本征 νe 污染（占 νμ 通量的 0.5%）以及中性流 π⁰ 产生等本底过程。
• 利用多个探测器子系统，对带电流和中性流相互作用进行互补测量，以提高本底抑制能力。
• 通过部分水填充的细粒度探测器提取水靶上的反应截面，直接关联到超级神冈探测器所用的水基探测介质。
• 支持 T2K 实验的目标，即以约 0.008 的灵敏度测量 sin²2θ₁₃，相比当前限制提高一个数量级。

提出的方法

• 利用经翻新的 UA1 磁铁和三个时间投影室（TPCs），实现三维轨迹重建，对 p < 1 GeV/c 的粒子动量分辨率优于 10%。
• 在 TPC 中采用 μ-MEGAS 模块实现电子倍增与读出，配合专用 ASIC 提供 511 深的开关电容阵列，用于数据数字化。
• 部署基于闪烁体的子探测器（FGD、P0D、INGRID），采用长而细的闪烁体条和波长位移光纤，将光信号传输至多像素光子计数器（MPPCs）。
• 使用 MPPCs——在反向偏压电压下工作的硅光电二极管阵列——实现单光子计数，并可在磁场中稳定运行，替代传统 PMTs。
• 集成 Trip-T ASIC 用于测量 MPPC 信号的时间和电荷，前端板提供高压和环境监控功能。
• 结合 ECAL 和 P0D 探测器，重建 π⁰ 衰变产生的电磁簇射，实现对中性流 π⁰ 事件的清晰识别。

实验结果

研究问题

• RQ1 在束流产生位置，未振荡的 νμ 通量和能谱（包括轴向和离轴）的精确值是多少？
• RQ2 CCQE 和中性流 π⁰ 相互作用的截面速率和运动学特性如何变化？它们对 νₑ 出现测量有何影响？
• RQ3 本征 νe 通量在束流中的贡献是多少？如何将其隔离并精确测量？
• RQ4 ND280 探测器利用其多子系统设计，对 CCQE 和 π⁰ 产生等关键相互作用模式的重建精度如何？
• RQ5 探测器在磁场中的性能以及采用新型 MPPC 技术，能在多大程度上确保稳定、高精度的数据获取？

主要发现

• ND280 探测器于 2009 年秋季完成全部安装与调试，INGRID 探测器于 2009 年 4 月完成安装。
• T2K TPC 实现了对动量低于 1 GeV/c 的粒子动量分辨率优于 10%，得益于 μ-MEGAS 和专用 ASIC。
• MPPC 的使用实现了高增益、兼容磁场的光子探测，大量研发工作证实其稳定性及温度相关的击穿电压特性。
• 部分水填充的细粒度探测器（FGD）成功实现了对水靶上 CCQE 相互作用速率的测量，与超级神冈探测器的探测介质直接相关。
• 配备铅辐射器和 ECAL 的 P0D 探测器实现了对 π⁰ 衰变簇射的高效重建，对识别中性流本底至关重要。
• 完整的 ND280 系统（包括所有子探测器和辅助系统）已安装完毕并投入运行，为 2009 年秋季 T2K 数据采集的启动做好准备。