SK-Iにおける過去の超新星からの
νflux探索
現状と展望
久野研究室 M2
石井 純子
久野研・山中研 年末合同発表会
2003/12/22
超新星残骸ν(Supernova relic
neutrino:SRN)とは
• 宇宙初期に爆発した超新星から放出され
たνのことをいう。
• 背景νとして等方的・均一に偏在している。
• 宇宙モデルの検証に有力な情報を与える。
• 検出にはbackgroundの除去が不可欠。
Spallation, atomospheric ν, solar ν,,,.
重力崩壊核から放出される、光分解反応、中性子捕獲反応
などによって生まれた  を探索する。
e
Main background
•
•
•
•
•
•
大気ニュートリノの <50 MeV領域
太陽ニュートリノ(hep, 8B)
核破砕反応
μ→e decay による e+ event
γ- rays
Reactor
e
18MeV~80MeVの範囲で、最終的に
でfitする。A:SRN flux, B:Michael スペクトル, C: 大気νflux
 e p  ne event の検出
(kai fitによるCherenkov光の発生点、向きの割り出し)
SK tankを図のようなグ
リッドで分割し、各グリッド
で最もgoodnessが高いエ
リアを選ぶ。
 Tres ,i  x  

exp 

2
2


2

i 1
i
i


gv 
Nv
1
Nv
1

i 1
進行方向
logLd    log f cos dir ,i d 
N 50
i 1
の最大値を与える向き
cos i
acos i 
2
i
Reduction
1st reduction
<1000p.e (=140MeV)
Spallation cut
cut within 0.15 seconds events after cosmic μ
Sub event cut
Cherenkov angle cut
Cut cos( sun ) <0.86
Supernova Relic Neutrino flux の絞込みの現状(2003/12/20)
Candidate flux
Reduction step
1st reduction
Spallation cut
Sub event cut
Cherenkov angle cut
Solar-dir cut
# of events
1602
992
828
278
271
Candidate
271
Signal efficiency: 47%
(for E < 34MeV)
理論モデルの検証のためには、さらなるbackgroundの除去が
求められる。
2004/2/5 までに…
• 34MeV< Ee < 80MeVの領域について、
1. から発生する invisibleμ→e decay、

2. SLE triggerの後に accidental に入ってくる stop
μ→e decay
を Background として取り除く。
3. 残ったcandidateについて、
でfittingを行って、
SRNの探索をおこない、もし発見されなければ、残
り4つのモデルの検証を行う。
付録
Possibility of detecting 2.2MeV
gamma ray
in SK-I data
Junko Ishii
Osaka Univ.
Collaboration meeting
2003.11.21
μcapture を利用して  を同定する試み
e
Possibility of detecting 2.2MeVγ was studied in order to actively
tag  e signals by
e  p  e  n
n  p  d   2.2MeV 

Possible  e sources
・Relic neutrino
・Reactor neutrino (few 1000 events in SK-I data)
・Search for solar  e
Super LowE triggerが2.0MeVに設定された後のSK-Iのデータを
使って、2.2MeV gamma反応の検出効率(efficiency)を求める。
M.C simulation
・2.2MeVγを50000 event発生させる。
dark noise: 3.55kHz
7.9 hit/200nsec
SLE trigger threshold:186 mV
186/11=16.9 hit/200nsec
Nhit threshold by SLE trigger
24.8 hit/200nsec
Nhit/200nsec
M.C. 2.2MeVγ efficiency = 524/50000=1.05%
Is this simulation reliable?
To check the efficiency, We made use of Real Data of μ capture
reaction.
 16
16 *
  O N   
16
N * 15N  n
Data sample 11 July, 2003 ~ 12 July, 2003
RUN 10361, subrun 000001~000745
Stop mu selection
・sum of Q < 4000p.e (>2m pathlength)
・Individual max Q < 200p.e
3,491 stop mu
×1/ 2.2 by μ+/μ- ratio: 1.2/1
~1590 stop μ-
×18.3% by O16 capture rate
291 muon capture
16
*
15
×0.9 by N  N  n branching ratio
262 neutron events
If each neutron react to np→dγ at once on the average,
262×0.0105 = 2.75 events should be detectable in SK-I data.
Test vertex difference between decay electron and stopmu
position
Stop mu events: 3491
・Get muon stop position and its momentum
・Muon momentum : sprngsep.F
・Muon entry position : stmentsearch.F
“Muon pathlength 1” = momentum/2.2 MeV
“Muon stop position”
= momentum/2.2・direction(x,y,z)
+ entry position(x,y,z)
・Search 1msec event after stop mu events with the following criteria
・1<⊿T<20 micro sec
・N50 20
Good kai fit events: 1474
・goodness  0.4
“Muon pathlength 2” = {(entryposition)- (kaifit vertex
)}
⊿pathlength[cm]
Confirm muon pathlength
Muon 1Ring Q[p.e]
pathlength 1
pathlength 2
⊿pathlength = pathlength 1 – pathlength 2
⊿pathlength[cm]
Estimated
“Muon stop position”
= momentum/2.2 MeV・direction(x,y,z) + entry position(x,y,z)
Search for 2.2MeV γ
Criteria:
・stop mu without μ→e decay signal
ΔT<20μsec
goodness > 0.4
・20μsec→1000μs after such stopμ’s
Good kai fit events: 268
8
4
0
Good kaifit after 20micro sec histogram 20micro sec
2.2MeV γ events after trigger simulation
Generate 50000 events
After trigger simulation
111events
Successful kaifit events
108events
[cm]
1.Comparing M.C. vertex
and kai fit vertex
2.N50 distribution
Events which distance from true
position are under 500cm mainly
contribute to 2.2MeV gamma events
n50
Search 2.2MeV events under 3m,5m,7m distance
between kaifit vertex and muon stop position
<500cm
<300cm
<700cm
In the vicinity of 200μs after stopmu, No significance signal.
No 2.2MeV gamma events in this calculation.
Conclusion : efficiency of 2.2MeV gamma in SK-I
At 186mV threshold
< ~1% (90%C.L.)
Need more statistics to verify Monte Carlo.
efficiency
[%]
Now 186mV
SLE threshold[mV]
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