Coś o asymetrii wiązki w T2K Eksperymenty z wiązką Anselma Meregaglii Rozkład przestrzenny punktów oddziaływań w T2KLAr Paweł Przewłocki, zebranie

Eksperyment pozaosiowy JPARC ND 2KM SK japonia korea 2.5 stopnia oa 2.4 stopnia oa 2 stopnie oa

Asymetria kołowa Ponieważ tunel rozpadowy nie ma symetrycznego przekroju, przekrój wiązki także nie będzie symetryczny (kołowy) Oznacza to, że mimo takiego samego kąta względem osi wiązki (θ), strumienie mogą być inne i zależne od kąta w płaszczyźnie przekroju (φ) Pozycja φ dla SK i ND jest zbliżona; dla SK i 2km jest różna Pamiętamy, że jednym z motywów budowy stacji 2km było to, że różnice w rozkładach energii są minimalne – z ND jest gorzej Spróbujmy sobie wyobrazić, że (być może z jakichś technicznych przyczyn) oś wiązki przesunie się minimalnie – czy grozi to zwiększeniem różnic SK/2km?

Metoda Anselma Wirtualny detektor ‘2km SX’ – złamana symetria lewo-prawo Albo żeby uwypuklić efekt, albo tak mu było łatwiej Czasochłonna symulacja Przesuwamy oś wiązki (a właściwie oś wiązki protonów uderzających w tarczę) o 3mm wzdłuż osi góra-dół i lewo-prawo i patrzymy na efekty

Wyniki Różnice w stosunku strumieni dla energii neutrin w obszarze 0.6 – 1 GeV Różnice głownie w obszarze wyższych energii ND mniej czuły na przesunięcia osi wiązki 2km SX czuły szczególnie na przesunięcia lewo-prawo (x) Jeśli założymy, że strumień zmienia się liniowo z przesunięciem osi, musimy mieć dokładność rzędu 1mm żeby zmiany strumienia były pomijalne na 2km Trzeba sprawdzić dla prawdziwego detektora 2km przesunięcieND/SK2km SX/SK Wzdłuż osi x (lewo-prawo) <5%15% Wzdłuż osi y (góra dół) 5%10%

Monitor wiązki Jeśli tak, to potrzebujemy dokładnego monitora położenia wiązki na osi lewo/prawo Nie da rady go wstawić do stacji 2km – musimy znaleźć miejsce w ND Ograniczenia: pieniądze (brak miejsca) Możliwe położenie – poziom B1 (najwyższy) 4m powyżej podłogi na B1 przechodzi oś łącząca źródło wiązki z SK Możemy ustawić tam przesuwany detektor Albo… skorzystać z planowanych już detektorów?

Analiza Anselma c.d. Dokładniejsza analiza Manipulujemy wiązką protonową i rożkami Rozpatrywana lokalizacja monitorów wiązki: 11.6m powyżej osi wiązki, 3.05/-3.05m na osi lewo-prawo Dopuszczamy możliwość użycia także detektorów na osi do badania naszej asymetrii Pytania: Ile razy mniej przypadków rejestrują monitory w stosunku do detektorów osiowych? Jak zmienia się widziana przez monitory asymetria w zależności od ich wysokości w ND? Jak niskie muszą być systematyczne błędy interkalibracji detektorów osiowych, aby efektywnie wykrywać za ich pomocą odchylenia wiązki? Jak odchylenia wiązki i rożków wpływają na różnice w rozkładach energii?

Dla zainteresowanych… Trzy rożki skupiające wiązkę pionów wylatujących z tarczy ‘Krzyż’ – detektor osiowy w ND Detektor centralny plus po trzy detektory w górę, dół, lewo i prawo Na osi wiązki 1st Horn2nd Horn 3rd Horn Graphite Target beam I=320kA last collaboration meeting

Detector Configuration beam direction ν 1m 10 m 14 detectors are placed like “cross shape” around the beam center Each detector consists of 10 iron blocks The scintillator bars are used 10cm + veto counter surrounding each detector Iron scintillator M. last collaboration meeting

Wyniki Liczba przypadków jest osiem razy mniejsza w monitorach (w stosunku do detektorów na osi – krzyża) Asymetria maleje wraz ze wzrostem wysokości (na wysokości przewidzianej dla monitora jest ok. 3 razy mniejsza niż w krzyżu) Te dwa czynniki działają na niekorzyść monitora, ale…

Pomiar detektorami osiowymi kontra monitory Detektory osiowe – krzyż – siedem detektorów wzdłuż osi x Mierzymy profil wiązki – siedem punktów pomiarowych Błędy systematyczne wynikające z niepewności interkalibracji Założone błędy systematyczne wpływają na błąd wyznaczonej pozycji osi wiązki Monitory – dwa detektory (pozycje) Mierzymy asymetrię – dwa punkty pomiarowe Jeśli jeździmy jednym detektorem, to nie ma błędów systematycznych takich jak poprzednio!

Wyniki c.d. Aby wykryć przesunięcie wiązki protonowej o 3mm potrzebujemy błędów systematycznych <10%, dla przesunięcia rożka 1 błąd rzędu 15% jest ok., dla rożków 2 i 3 musi być <5%. Dla monitora takie błędy powinny być mniejsze niż 1 lub 2%, ale zakładamy, że mogą być 0 Dokładna symulacja wiązki pokazuje, że przy przesuwaniu wiązki protonów i rożków (a w każdym razie 2.) zmiany w rozkładach energii pomiędzy SK a 2km nie powinny być znaczące.

Rozkład wierzchołków oddziaływań w T2KLAr A priori nie jest do końca jednorodny (OA): Gęstość wierzchołków powinna odrobinę maleć gdy oddalamy się od źródła

Skąd bierzemy informacje Nie mam symulacji wiązki, ale na sieci znajduje się ntupla z opisem wiązki i jej właściwościami w każdym z detektorów w obu stacjach (ND i 2km) W ntupli jest kilkadziesiąt tysięcy przypadków, każdy reprezentujący jedno neutrino przechodzące przez detektor Nie ma symulacji oddziaływań ani detektora Ntuple definition ID 3000 NFD[0,10]:I : Number of near detectors defined in the simulation BXFD(NFD):R, BYFD(NFD):R : Beam center position at each ZFD in the global coordinate XFD(NFD):R, YFD(NFD):R,ZFD(NFD):R : detector center position in the global coordinate HFD(NFD):R, VFD(NFD):R : horizontal and vertical half size of the detector ID 3001 Enu:R, ppid:I, mode:I, ppi:R, xpi(3):R, npi(3):R, cospibm:R, ppi0:R, xpi0(3):R, npi0(3):R, cospi0bm:R : Same as ntuple variables for Super-K. norm:R : weight factor to give flux/Detector with 1E21 pot for each file rnu:R, xnu:R, ynu:R : position of neutrino at the detector in the detector coordinate. The detector center is the origin. The global coordinate position can be obtained by adding XFD(idFD), YFD(idFD) nnu(3):R : neutrino direction in the global coodinate. idFD:I : detector ID number. (e.g XFD(idFD) is the x position of the idFD detector.)

Interpretacja i szczegóły techniczne Dla każdego przypadku w ntupli wyciągamy jego położenie – pozycję na płaszczyźnie przecinającej detektor dla z=0 (nazwijmy ją środkową) [UWAGA: punkt (0,0,0) jest w środku detektora!] Oraz kierunek neutrina w tym miejscu w postaci trzech współrzędnych wektorka kierunkowego Wszystko to zapisujemy w PAWiu do pliku tekstowego, żeby dalej przerabiać w programie ROOTowym FV: 400x350x350cm Z góry Od frontu ynu xnu Wektorek kierunku neutrina ma współrzędne: nnu(1),nnu(2),nnu(3). Jest znormalizowany. y x x z Pł. środkowa ν

Obrazki: rozkłady xnu i ynu Skala!

Mój plan Chcemy mieć zależność: kierunek wektora w funkcji xnu i ynu Robimy fit współrzędnych: x i y wektorka (czyli nnu(1),nnu(2)) w funkcji xnu i ynu Współrzędną z wektorka liczymy z normalizacji Losowanie Losujemy punkt na płaszczyźnie środkowej z rozkładu xnu,ynu Obliczamy dla niego wektorek z fitu powyżej Losujemy długość (od -300 do 300cm) Nadajemy wektorkowi taką długość Jeśli punkt znajduje się w detektorze to mamy punkt oddziaływania, jeśli nie – pomijamy go.

Fit y wektorka (xnu, ynu) x wektorka (xnu, ynu)

Ostateczny rozkład punktów

Podsumowanie Punkty są gotowe (w pliku tekstowym) do nakarmienia nimi Geanta4 Przydadzą się do symulacji pizer w T2KLAr