Etat des lieux des analyses d’oscillation de l'expérience K2K

2 février 2006 Jérémy ARGYRIADES 1

Etat des lieux des analyses d’oscillation de l'expérience K2K


PLAN

• Analyse officielle de disparition μ µ

• Analyse officielle d’apparition μ e

• Analyse originale d’apparition μ e


L’expérience K2K

Flux de


L’expérience K2K


Analyse officielle de disparition μ µ

M. Haesegawa


Résultats (SK-I L/E + K2K)

K2K

SK

Combiné

Résultat combiné sin22 m2 [eV2]

Meilleur fit dans les valeurs phys. 1.00 2.4910-3

Région autorisée sur m2 à

sin222.16(-13%) ~ 2.83(+14%) [eV2] (68%)

2.05(-18%) ~ 3.01(+21%) [eV2] (90%)

K2K

SK

Combiné


Analyse officielle de disparition μ e

S. Yamamoto


Coupures de sélection : vocabulaireJargon Signification Coupure

FCFVFully Contained Fiducial

VolumeParticule contenu dans SK

Distance à la paroi > 2m

Single ring Anneau uniqueLikelihood de reconstruction du

nombre d’anneau (dlfct)

Electron like de type électroniqueLikelihood de reconstruction du type d’anneau (pattern & angle)

Evis > 100 MeV d’énergie visible limitée Evis > 100 MeV

No decay-e sans électron de désintégrationaucun événement proche de

moins de 30 µs

Pi0 cut Discrimination du bruit 0 Coupure sur la masse reconstruite du 0


Evolution après chaque coupure

―K2K-1― MC beam e Data

FCFV 79.7 0.80 55

Single ring 49.97 0.46 33

Electron like 2.62 0.40 3

Evis > 100 MeV 2.43 0.39 2

No decay-e 1.88 0.34 1

Pi0 cut 0.57 0.17 0

―K2K-2― MC beam e Data

FCFV 76.2 0.85 57

Single ring 48.52 0.51 34

Electron like 3.17 0.44 5

Evis > 100 MeV 2.89 0.44 5

No decay-e 2.14 0.38 4

Pi0 cut 0.73 0.21 1

Au total,Au total, #bdf attendu = #bdf attendu = 1,681,68

#observé = #observé = 11

Efficacité au signal ~30%

S/√B ~ 0,3


Candidat :

RUN: 21858RUN: 21858EVENT: 2240771 EVENT: 2240771 EE11: 266.7MeV: 266.7MeVEE22: 170.8MeV: 170.8MeV: 22.5 deg.: 22.5 deg.MM: 83.1MeV/c: 83.1MeV/c22

e-like ringe-like ring

2 gamma rings2 gamma rings(POLFIT)(POLFIT)


Limites supérieures

K2K-I+II (#obs.=1)K2K-I+II (#obs.=1)

K2K-IK2K-I(#obs.=0)(#obs.=0)

K2K-2K2K-2(#obs.=1)(#obs.=1)

Limites supérieures sur sinsin2222ee(90% CL)(90% CL) [email protected]@2.8e-3

limitelimitesensibilitésensibilité


Analyse originale de disparition μ e

J. Argyriades


Coupures de sélection

Un des bruits principaux qui résiste aux coupures de sélection est l’interaction à courant neutre

+ nucl.+ nucl. + 0

En effet, le 0 se désintègre parfois en deux orientés dans le référentiel du laboratoire dans la même direction : ils sont ainsi

souvent pris pour un anneau unique. Produisant également

des gerbes électromagnétiques, ils simulent ainsi un évènement

de type électronique.


Pattern Vs dlfct : idée originale de discrimination du bruit de fond

En réalité :Plus « e-like »

Plus « anneau unique »

Likelihood Pattern ID

CCQE e oscillés

CUT

Likelihood Ring

Counting

L’idée de cette coupure consiste à combiner la reconstruction du type

de particule (Pattern ID) et la reconstruction du nombre d’anneau (Ring Counting). En effet, le signal

de e est reconstruit comme un électron à anneau unique, tandis que les deux du 0 (le bruit) doivent être mal reconstruits comme un électron

à anneau unique.


Coupures de sélectionPID Vs Ring Counting des e QE

oscillés et des 0

Ces figures ont été obtenues à partir de la simulation MC de l’expérience.

La droite correspond à la coupure optimale pour cet échantillon de

données. Elle correspond à :

Rng Cnt < a x Pattern + b.

L’optimisation a été obtenue en faisant varier les paramètres a et b de cette droite, en cherchant à optimiser

le rapport S/√B.

e QE oscillés

0


Coupures de sélection

Contamination après coupure:

10,8% +/- 0,4% (stat.) + 1,6% - 0,6% (syst.)

coupure S/√B efficacité

pid < 0

(e-like)

301x10-3 58.5%

+ pattern < 0 & angle < 0

309x10-3 51.9%

+ ring counting likelihood Vs pattern

likelihood

(dlfct<-0.6*pattern-7)

346x10-3 39.6%

Comb. Lin. des e QE oscillés et des 0


Coupures de sélectionJ’ai également mis à profit les

différences entre les spectres en énergie des e issus de la

contamination du faisceau (le bruit) et de ceux provenant d’une oscillation d’un (le signal). En

effet, le signal diminue plus rapidement que le bruit. De

manière similaire à la coupure précédente, le rapport S/√B a été maximisé par MINUIT. Les bornes

du domaine d’énergie ont été arrondis à [250 MeV; 2 GeV].

Energie (MeV)

Spectre en énergie des e QE oscillés

coupure S/√B efficacité

ring Vs pat. lhd 346x10-3 39.6%

énergie 373x10-3 37.7%


Evolution après chaque coupureK2K I K2K II

détectés détectés

Au total,Au total, #bdf attendu = #bdf attendu = 2,172,17

#observé = #observé = 22

Efficacité au signal ~60%

S/√B ~ 0,5


Recherche d'oscillation μ e

0 9,2 13,3 16,6 19,6 22,5 25,4 13,3 28,4 35,8 45

sin² (2 13)

13 (en °)

(en eV²)En appliquant cette fonction de

vraisemblance à tous les couples de paramètres, les contours d’exclusion peuvent être déterminés à différents

niveaux de confiance (confident level ou CL) :

par exemple, pour 2 paramètres estimés, ² = 4,61 correspond à un

niveau de confiance de 90%.

Le contour à 90% de K2K est comparé à celui de l’expérience

CHOOZ : bien que non prévue pour l’analyse d’apparition, K2K obtient des résultats se rapprochant de la

meilleure limite actuelle.


En cas de mesure très précise de ,

le test d’hypothèse portant seulement sur sin² (2 13) sera plus

contraignant :

pour = 2,8.10-3eV²

avec un seul paramètre libre,

²90%=2,71

sin² (2 13) <0,3

Recherche d'oscillation μ e²

sin² (2 13)


Conclusion

A 90% de niveau de confiance :

• Nouveau domaine de m223 :

[ 2,05.10-3 eV² ; 3,01.10-3 eV² ] à sin2223=1

• Nouvelle limite supérieure sur 13 : sin22<0,26 à m2

23=2,8.10-3eV2.

• Les coupures de sélection sont rodées pour les futures données de T2K.



Back-up : Fonctions de vraisemblance pour l’identification du type de particule

Pour les anneaux uniques :


2sin,2sin, 2222

222 /

2 mm KKELSKIcombine


K2K + SK L/E

0.12@sin 22min

2



Combien de neutrinos attendus à SK?

Comment extrapoler de la KT à SK?

Comment tenir compte des incertitudes sur le flux de neutrinos et les taux de misidentification?

Comment sommer chaque domaine d’énergie et faciliter la maximisation de la fonction de vraimseblance ?

Comment enfin introduire des paramètres libres représentant les erreurs systématiques de l’expérience?

Quelle loi de probabilité peut décrire au mieux l'apparition de neutrinos électroniques ?

Loi de Poisson :



Energie (MeV)

Spectre en énergie des e QE oscillés Afin que chaque domaine d’énergie influence de manière équiprobable la fonction de vraisemblance, ils ont

été estimés par affinements successifs.Ainsi, deux critères ont

été utilisés :

1. Critère de simplicité : les bornes des domaines sont arrondis aux

centaines.

2. Critère d’équiprobabilité : chacun des 6 domaines a à peu près autant

de chances R de présenter une oscillation e.




Reduction summary―K2K-1― MC beam e

signal CC e

m2=2.8E-3)

Generated in FV (100%) (100%) (100%)

FCFV 74.6* (77.04%) 0.80 (81.65%) (97.13%)

Single ring 46.32 (47.84%) 0.46 (47.13%) (70.54%)

Electron like ring 2.63 (2.72%) 0.40 (40.38%) (62.10%)

Evis > 100 MeV 2.46 (2.54%) 0.39 (40.08%) (61.65%)

No decay-e 1.91 (1.98%) 0.34 (34.57%) (54.62%)

Pi0 cut 0.58 (0.60%) 0.17 (17.17%) (35.66%)

* Normalized by Nsk* Normalized by Nsk


Reduction summary―K2K-2― MC beam e

signal CC e

m2=2.8E-3)

Generated in FV (100%) (100%) (100%)

FCFV 76.0* (77.04%) 0.85 (82.88%) (98.22%)

Single ring 48.23 (49.44%) 0.51 (49.75%) (71.79%)

Electron like ring 3.38 (3.47%) 0.44 (43.58%) (65.73%)

Evis > 100 MeV 3.09 (3.17%) 0.44 (43.21%) (65.30%)

No decay-e 2.32 (2.38%) 0.38 (37.43%) (58.11%)

Pi0 cut 0.78 (0.80%) 0.21 (20.35%) (40.89%)

* Normalized by Nsk* Normalized by Nsk

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