1 / 49

Поиск тяжелого нейтрино в распаде K‾ → µ‾ ν γ на установке «ИСТРА+»

ИСТРА +. Поиск тяжелого нейтрино в распаде K‾ → µ‾ ν γ на установке «ИСТРА+». ИФВЭ У -70 ( Протвино , Россия ). Вячеслав Дук , ИЯИ РАН коллаборация «ИСТРА+». План. Аномалия LSND/KARMEN/ MiniBooNE и стерильное нейтрино ν h Поиск ν h в распадах К-мезонов Установка «ИСТРА+»

clayton-morin
Télécharger la présentation

Поиск тяжелого нейтрино в распаде K‾ → µ‾ ν γ на установке «ИСТРА+»

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ИСТРА+ Поиск тяжелого нейтрино в распаде K‾→ µ‾ ν γна установке «ИСТРА+» ИФВЭ У-70 (Протвино, Россия) Вячеслав Дук, ИЯИ РАН коллаборация «ИСТРА+»

  2. План • Аномалия LSND/KARMEN/MiniBooNEи стерильное нейтрино νh • Поиск νhв распадах К-мезонов • Установка «ИСТРА+» • Отбор событий для распадаK‾→ µ‾ ν γ • Выделение сигнала • Ограничения на |Uµh|2 • Выводы В.A.Дук, ИЯИ РАН

  3. Мотивация Статья С.Н.Гниненко (ИЯИ РАН) Resolution of puzzles of LSND, KARMEN and MiniBooNE experiments Phys.Rev.D83:015015,2011. arXiv: 1009.5536 Следующие 8 слайдов взяты из доклада С.Н.Гниненко на митинге NA62 в ЦЕРНе В.A.Дук, ИЯИ РАН

  4. Нейтринные осцилляции: LSND В.A.Дук, ИЯИ РАН

  5. Нейтринные осцилляции: KARMEN В.A.Дук, ИЯИ РАН

  6. Нейтринные осцилляции: MiniBooNE В.A.Дук, ИЯИ РАН

  7. Нейтринные осцилляции: сводная таблица результатов В.A.Дук, ИЯИ РАН

  8. Возможное объяснение результатов экспериментов (С.Н.Гниненко, ИЯИ РАН) В.A.Дук, ИЯИ РАН

  9. Параметры новой частицыνh • m > 40 MeV: отсутствие избытка событий в KARMEN (пороговый эффект) • m < 80 MeV: для m > 80MeV рождениеνhв LSND подавленоза счет фазового объема • τ(νh) > 10-11 sec: из ограничений LEP: BR(Z→ννh) x BR(νh → νγ) < 2.7 x 10-5 • τ(νh)< 10-9 sec: νhраспадаются в пределах детектора MiniBooNE • 10-3 < |Uμh|2 < 10-2 : из количества «избыточных» событий в MiniBooNE В.A.Дук, ИЯИ РАН

  10. Новая слабо взаимодействующая частица νh 40 MeV < m(νh) < 80 MeV 10-3 < |Uμh|2< 10-2 10-11 sec < τ(νh)< 10-9 sec Радиационный распад (>99%): νh→νγ В.A.Дук, ИЯИ РАН

  11. νh : ограничения из каонных/пионных распадов В.A.Дук, ИЯИ РАН

  12. Поискνhв распадх К-мезонов • K→μνh , νh →νγ: • пик в Eμ(cms) • сигнатура такая же, как для K→ µ ν γ • Нет фона от K→μνμ • есть чувствительность к малым массам νh • Вершина вторичного распада • K→μνh : • пикв Eμ(cms) • фон от K→μνμ • нет чувствительности к малым массам νhиз-за разрешения Энергия мюона в 2-частичном распаде подходит для «ИСТРА+» В.A.Дук, ИЯИ РАН

  13. Коллаборация «ИСТРА+» • Институт физики высоких энергий, Протвино (ИФВЭ) • Институт ядерных исследований РАН, Москва (ИЯИ РАН) • Объединенный институт ядерных исследований, Дубна (ОИЯИ) ИСТРА+ В.A.Дук, ИЯИ РАН

  14. Установка «ИСТРА+» p ~26 GeV/c, Δp/p ~ 1.5%, K‾ ~ 3%, I ~ 3*106 / 1.9sec T0=S1. S2. S3. S4. C0. C1. C2. S5 (фактор подавления ~10) T1=T0.(∑SP1 > MIP) C1-C4 – пороговые черенковские счетчики; S1-S5 – сцинтилляционные счетчики; PC1-PC3 – пропорциональные камеры; SP2 – вето-калориметор; SP1 – электромагнитный калориметр; DC – дрейфовые камеры; DT-дрейфовые трубки; MH – матричный сцинтилляционный годоскоп В.A.Дук, ИЯИ РАН

  15. Установка ИСТРА+: пучковая часть T0=S1 . S2 . S3 . S4 . C0 . C1 . C2 .S5 (prescaled by a factor of ~10) T1=T0.(∑SP1 > MIP) C1-C4 – пороговые черенковские счетчики; S1-S5 – сцинтилляционные счетчики; PC1-PC3 – пропорциональные камеры; SP2 – вето-калориметор; SP1 – электромагнитный калориметр; DC – дрейфовые камеры; DT-дрейфовые трубки; MH – матричный сцинтилляционный годоскоп В.A.Дук, ИЯИ РАН

  16. Установка ИСТРА+: распадный объем T0=S1 . S2 . S3 . S4 . C0 . C1 . C2 .S5 (prescaled by a factor of ~10) T1=T0.(∑SP1 > MIP) He vacuum C1-C4 – пороговые черенковские счетчики; S1-S5 – сцинтилляционные счетчики; PC1-PC3 – пропорциональные камеры; SP2 – вето-калориметор; SP1 – электромагнитный калориметр; DC – дрейфовые камеры; DT-дрейфовые трубки; MH – матричный сцинтилляционный годоскоп В.A.Дук, ИЯИ РАН

  17. Установка ИСТРА+:магнитный спектрометр T0=S1 . S2 . S3 . S4 . C0 . C1 . C2 .S5 (prescaled by a factor of ~10) T1=T0.(∑SP1 > MIP) C1-C4 – пороговые черенковские счетчики; S1-S5 – сцинтилляционные счетчики; PC1-PC3 – пропорциональные камеры; SP2 – вето-калориметор; SP1 – электромагнитный калориметр; DC – дрейфовые камеры; DT-дрейфовые трубки; MH – матричный сцинтилляционный годоскоп В.A.Дук, ИЯИ РАН

  18. Установка ИСТРА+: ECAL, HCAL T0=S1 . S2 . S3 . S4 . C0 . C1 . C2 .S5 (prescaled by a factor of ~10) T1=T0.(∑SP1 > MIP) C1-C4 – пороговые черенковские счетчики; S1-S5 – сцинтилляционные счетчики; PC1-PC3 – пропорциональные камеры; SP2 – вето-калориметор; SP1 – электромагнитный калориметр; DC – дрейфовые камеры; DT-дрейфовые трубки; MH – матричный сцинтилляционный годоскоп В.A.Дук, ИЯИ РАН

  19. Реконструкция распада K→µνh (νh→νγ) : первичная и вторичная вершина распада νμ K→µνγ γ Pγ, вычисленный по точкам A, B K B A μ ν K→µνh (νh→νγ) Pγ, вычисленный по точкам A, B: дополнительное «размытие» энергии νh γ K B A μ Eνh ~ 240 MeV , mνh ~ 40–80 MeV Размытие небольшое В.A.Дук, ИЯИ РАН

  20. K→µνh (νh→νγ): первичная и вторичная вершина распада τ=10-9 sec τ=10-10 sec τ=10-11 sec Zνh - ZK dz, cm dz, cm dz, cm τ=10-9 sec τ=10-11 sec τ=10-10 sec (Zνh – ZK)/(ZECAL – ZK) В.A.Дук, ИЯИ РАН

  21. K→µνh (νh→νγ): «размытие» Eγв системе отсчета каона dE = Etrue - Emeasured τ=10-11 sec τ=10-10 sec τ=10-9 sec dE, GeV dE, GeV dE, GeV В.A.Дук, ИЯИ РАН

  22. K→µνh (νh→νγ): кинематика в системе отсчета (СО) каона Pγ: СО каона P*γ: СОνh νh ν μ вершина распада каона γ cos θμγ ~ (-1) Eνh ~ 240 MeV , mνh ~ 40–80 MeV Eγ> 50 MeV пик более острый для малых mh В.A.Дук, ИЯИ РАН

  23. Отбор событий для распада K→µνh (νh→νγ):сигнатура K‾→ µ‾νμ γ • Треки (один первичный трек, один вторичный трек, ограничения на качество трека) • Вeто (отсутствие сигналов выше порога) • Вершина распада (400 < z < 1600 cm, ограничения на вероятность вершинного фита) • Идентификация частиц: Фотон: ливень в калориметре ECAL Mюон: 1) MIP в ECAL 2) сумма отсчетов ADC в HCAL < 200 3) относительное энерговыделение в последних трех слоях HCAL > 0.05 В.A.Дук, ИЯИ РАН

  24. дифференциальная ширина распада K→µνµγ: общая формула Кинематические переменные: х =2 * Eγ(cms) / Mky=2 * Eµ(cms) / Mk 3 основных вклада: IB – доминирующий SD±, INT± - наиболее интересные (→ Fv , FA) Далитц-плот x y В.A.Дук, ИЯИ РАН

  25. K→µνγ: подавление фонов и наблюдение сигнала • Основные фоновые процессы: • K→ µ ν π0 (Kµ3) с одним потерянным фотоном от распада π0→γγ • K→ π π0 (Kπ2) с одним потерянным фотоном от π0→γγи неправильной идентификациейπ • Наблюдение сигнала: M(µ ν γ)=√(Pµ+Pν+Pγ)2где pν=pK-pµ-pγ ; Eν=|pν| M(µνγ)имеет пик на MK=0.494 GeVдля сигнала Процедура подавления фонов: ”сканирование”Далитц-плота (y, x) и поиск пика в распределении поM(µνγ) В.A.Дук, ИЯИ РАН

  26. K→µνγ: Далитц-плот(y, x) Kµ3 (MC) Kπ2 (MC) сигнал (MC) X X X Y Y Y Основной фон: Kμ3 для больших x Kπ2 для малых x В.A.Дук, ИЯИ РАН

  27. K→µνγ: выделение сигнала • Далитц-плот(y, x) разделяется на полосыпо х с ширинойΔx=0.05 (x-полосы) • В х-полосах налагается оптимальное ограничение на y • В каждой х-полосе производится одновременный фитM(µ ν γ) , yиcosθμγ • Подробности встатьеPhys.Lett.B 695 (2011) 59-66 X зеленый: K→µνγ синий: Kμ3 красный: Kπ2 y cos θµγ M (µ ν γ) y y cos θµγ M (µ ν γ) В.A.Дук, ИЯИ РАН

  28. K→µνh (νh→νγ): подавление фонов и выделение сигнала • Основные фоны: • K→ µ ν γ (Kµ2γ) • K→ µ ν π0 (Kµ3) С потерянным фотоном от π0→γγ • K→ π π0 (Kπ2) С потерянным фотоном от π0→γγи неправильной идентификацией π как μ • наблюдение сигнала: пики в распределении по y и cosθμγ, где θμγ - угол между pµ и pγiв системе отсчета каона. cosθμγ имеет пик на (-1) для сигнала процедура подавления фонов: ”сканирование”Далитц-плота (х, y) и поиск пика в распределении поcosθμγ В.A.Дук, ИЯИ РАН

  29. K→µνh (νh→νγ): Далитц-плот(y, x) Kµ2γ (MC) X Kπ2 (MC) X сигнал (MC) X Y Y Kµ3 (MC) Y X основной фон: Kπ2 Y В.A.Дук, ИЯИ РАН

  30. K→µνh (νh→νγ): выделение сигнала • Далитц-плот(y, x) делится на полосы по х сшириной Δx=0.05 (x-полосы) • ограничение на y в х-полосах: 1 < y < 1.2 • Одновременный фитyиcosθμγв х-полосах сигнал (MC) X 7 x-полосотобрано для дальнейшего анализа в диапазоне: 1 < y < 1.2 0.2 < x < 0.55 y В.A.Дук, ИЯИ РАН

  31. Возможный сигнал νhв х-полосах; |Uµh|2=0.01, m=60 MeV,τ=10-10 sec полоса 2: 0.25 < x < 0.3 фиолетовый: сигнал зеленый: K→µνγ синий: Kμ3 красный: Kπ2 cos θµγ Y полоса 4: 0.35 < x < 0.4 пик острее для больших x cos θµγ Y полоса 7: 0.5 < x < 0.55 Y cos θµγ В.A.Дук, ИЯИ РАН

  32. Возможный сигнал для разных масс νh; |Uµh|2=0.01,τ=10-10 sec m=40 MeV m=80 MeV m=60 MeV cos θµγ cos θµγ cos θµγ пик более острый для малых mh В.A.Дук, ИЯИ РАН

  33. Возможный сигнал для разных времен жизни νh; |Uµh|2=0.01, m=60 MeV τ=10-11 sec τ=10-9 sec τ=10-10 sec cos θµγ cos θµγ cos θµγ пик более острый для больших τh В.A.Дук, ИЯИ РАН

  34. Эффективность τ=10-9 sec τ=10-10 sec mνh, MeV mνh, MeV τ=10-11 sec mνh, MeV В.A.Дук, ИЯИ РАН

  35. K→µνh (νh→νγ): одновременный фит в х-полосах 0.3 < x < 0.35 Одновременный фитcosθμγи y более надежный Y cos θµγ 0.5 < x < 0.55 Формы распределений сигнала и фона взяты из MC Y cos θµγ фиолетовый – signal, зеленый – Kμ2γ, синий – Kμ3, красный – Kπ2 В.A.Дук, ИЯИ РАН

  36. Вычисление |Uµh|2 В.A.Дук, ИЯИ РАН

  37. Вычисление |Uµh|2 В.A.Дук, ИЯИ РАН

  38. Вычисление |Uµh|2 f(mh , mµ) 2.12 · 107 f = 1.1 – 1.5 mνh, GeV синий: 1+(mh/mμ)2 красный: f(mh, mμ) В.A.Дук, ИЯИ РАН

  39. Вычисление |Uµh|2 • |Uµh|2вычисляется для каждой х-полосы • Полученные величины |Uµh|2усредняются • Устанавливается верхний предел на|Uµh|2 В.A.Дук, ИЯИ РАН

  40. Усреднение|Uµh|2и установление U.L. m=80 MeV, τ=10-11 sec |Uµh|2 |Uµh|2= (0.8 ± 1.2)*10-5 |Uµh|2 <2.7*10-5 (95% C.L.) X В.A.Дук, ИЯИ РАН

  41. |Uµh|2 дляτ=10-11sec |Uµh|2 |Uµh|2 mνh, MeV mνh, MeV Синяя полоса : предсказание из данных LSND, KARMEN. MiniBoonE Черная линия: ИСТРА+ @ 95% C.L. В.A.Дук, ИЯИ РАН

  42. |Uµh|2 дляτ=10-10 sec |Uµh|2 |Uµh|2 mνh, MeV mνh, MeV Синяя полоса : предсказание из данных LSND, KARMEN. MiniBoonE Черная линия: ИСТРА+ @ 95% C.L. В.A.Дук, ИЯИ РАН

  43. |Uµh|2 дляτ=10-9 sec |Uµh|2 |Uµh|2 mνh, MeV mνh, MeV Синяя полоса : предсказание из данных LSND, KARMEN. MiniBoonE Черная линия: ИСТРА+ @ 95% C.L. В.A.Дук, ИЯИ РАН

  44. Систематическая ошибка: ограничение на x усреднение |Uμh|2: добавление 8-й х-полосы в фит τ=10-9 sec τ=10-11 sec τ=10-10 sec mνh, MeV mνh, MeV mνh, MeV В.A.Дук, ИЯИ РАН

  45. Систематическая ошибка: форма распределений MC Усреднение |Uμh|2: масштабирование ошибок до χ2/ndf = 1 τ=10-9 sec τ=10-10 sec τ=10-11 sec mνh, MeV mνh, MeV mνh, MeV В.A.Дук, ИЯИ РАН

  46. Предварительные результаты • |Uµh|2 < 1x10-4 (95% CL) дляτ=10-9 sec • |Uµh|2 < 4x10-5 (95% CL) дляτ=10-10 sec • |Uµh|2 < 4x10-5 (95% CL) дляτ=10-11 sec • Детальное изучение систематики в процессе В.A.Дук, ИЯИ РАН

  47. Выводы • Тяжелое стерильное нейтрино νhсо следующими свойствами объясняет аномалии LSND/KARMEN/MiniBoone: 40 MeV < m(νh) < 80 MeV, 10-11 sec < τ(νh)< 10-9 sec, 10-3 < |Uμh|2< 10-2 • νhможно эффективно искать в распадах К-мезонов: K→µνh (νh→νγ) • Получены ограничения на |Uµh|2 из распада K‾→ µ‾ ν γна установке «ИСТРА+»: |Uµh|2 < 1x10-4 (95% CL) дляτ=10-9 sec |Uµh|2 < 4x10-5 (95% CL) дляτ=10-10 sec |Uµh|2 < 4x10-5 (95% CL) дляτ=10-11 sec • Детальное изучение систематики в процессе В.A.Дук, ИЯИ РАН

  48. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ! В.A.Дук, ИЯИ РАН

  49. Back-up: верхний предел с учетом систематической ошибки В.A.Дук, ИЯИ РАН

More Related