Resultados Recientes de MiniBooNE sobre Oscilaciones de Neutrinos

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1 Resultados Recientes de MiniBooNE sobre Oscilaciones de Neutrinos
Alexis A. Aguilar-Arévalo Columbia University por la colaboración MiniBooNE XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

2 Colaboración MiniBooNE
University of Alabama Los Alamos National Laboratory Bucknell University Louisiana State University University of Cincinnati University of Michigan University of Colorado Princeton University Columbia University Saint Mary’s University of Minnesota Embry Riddle University Virginia Polytechnic Institute Fermi National Accelerator Laboratory Western Illinois University Indiana University Yale University XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

3 Descripción del experimento Eventos tipo n en MiniBooNE
Puntos a tratar: Motivación Descripción del experimento Eventos tipo n en MiniBooNE Piezas del análisis de oscilaciones Errores Sistemáticos Resultados iniciales Conclusiones XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

4 1. Motivación XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

5 Motivación de MiniBooNE: el experimento LSND de Los Alamos
Haz denm ,decaimiento de m+ en reposo Señal: ne+ p  e+ + n Luz Cerenkov del e+ en coincidencia retardada con rayo gama de 2.2 MeV, captura del neutrón en hidrógeno Exceso dene en haz de nm 87.9 ± 22.4 ± 6.0 (3.8s) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

6 Motivación de MiniBooNE: el experimento LSND de Los Alamos
Interpretado como oscilaciones de 2n nmne Distancia a la fuente: L ~ 30 m Energía promedio: E ~ 30 MeV ne disapp. KARMEN: (L~17 m) Contemporáneo de LSND, no observó evidencia del efecto. Resultado compatible con LSND al 64% C.L. E.D.Church et al., Phys.Rev.D66: (2002) LSND Collaboration, Phys. Rev. D64, XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

7 Motivación de MiniBooNE: el experimento LSND de Los Alamos
Resultados de neutrinos solares y atmosféricos han sido verificados por otros experimentos, restringiendo los posibles valores de los parámetros (KAMLAND, K2K). LSND es el único resultado positivo a distancias cortas (L~ algunos ×102 m) m132 = m m232 El esquema de tres n requiere: m122 = m12 - m22 m232 = m22 - m32 increasing (mass) 2 Propósito de MiniBooNE: verificar/refutar LSND Estas tres señales de oscilaciones son inconsistentes con el esquema de tres n del Modelo Estándar. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

8 2. Descripción del experimento
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9 nm  ne ??? El experimento MiniBooNE
booster blanco y horn región de decaimiento tierra detector absorbedor nm  ne ??? K+ p+ Booster haz primario haz secundario haz terciario (protones) (mesones) (neutrinos) Estrategia: Usar una similar L/E  1 Distancia más larga: L  500 m Energía más alta: E  500 MeV Buscar oscilaciones de n en la misma región del espacio de parámetros que LSND Sujeto a errores sistemáticos diferentes XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

10 nm  ne ??? El experimento MiniBooNE
blanco y horn región de decaimiento tierra detector booster absorbedor nm  ne ??? K+ p+ Booster haz primario haz secundario haz terciario (protones) (mesones) (neutrinos) El acelerador Booster de Fermilab acelera protones impartiéndoles un momento de 8.9 GeV/c. La línea de neutrinos del Booster extrae los protones para MiniBooNE. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

11 nm  ne ??? El experimento MiniBooNE
booster blanco y horn región de decaimiento tierra detector absorbedor p- nm  ne ??? K+ p+ Booster haz primario haz secundario haz terciario (protones) (mesones) (neutrinos) Los protones son enviados a un blanco de Be de 1.7 l dentro de un campo magnético (“magnetic horn”). Los mesones positivos son enfocados, los mesones negativos son desenfocados. El campo magnético incrementa el flujo de n en  6. Operado con pulsos de 2.5 kV, a 174 kA a < 5Hz. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

12 nm  ne ??? El experimento MiniBooNE
booster blanco y horn región de decaimiento tierra detector absorbedor nm  ne ??? K+ p+ Booster haz primario haz secundario haz terciario (protones) (mesones) (neutrinos) Los mesones decaen a lo largo de un tubo de 50m. Los mesones residuales y protones que no interactúan son detenidos en los bloques de hierro del absorbedor. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

13 nm  ne ??? El experimento MiniBooNE
booster blanco y horn región de decaimiento tierra detector absorbedor nm  ne ??? K+ p+ Booster haz primario haz secundario haz terciario (protones) (mesones) (neutrinos) El detector está localizado 541m después del blanco. Cubierto por 3 m de tierra para reducir los rayos cósmicos. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

14 El detector: Tanque esférico (6m de radio) lleno con ~800t de aceite mineral. Principalmente un detector de radiación Cerenkov, también es sensible a luz de centelleo producida en el aceite. Simulado con un Monte Carlo en GEANT3. Dentro hay 1280 tubos fotomultiplicadores (PMTs) dando una covertura por fotocátodos del 10%. Región ópticamente aislada (el “veto” ) contiene 240 PMTs. Usada para rechazar rayos cósmicos. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

15 3.Eventos tipo n en MiniBooNE
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16 Eventos en el detector f < 5 Hz
20ms 1.6ms Macro estructura del haz t(ns) f < 5 Hz Eventos de neutrinos claramente visibles en la ventana de adquisición de datos. La duración de un chorro o “spill” del haz es de 1600ns. La componente uniforme del “background” debida a muones de rayos cósmicos. La componente con decaimiento exponencial son electrones del decaimiento de muones en reposo (electrones Michel). XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

17 Eventos en el detector f < 5 Hz
20ms 1.6ms Macro estructura del haz t(ns) f < 5 Hz Requiriendo baja actividad en el “veto” eliminamos los muones de rayos cósmicos. Aún hay e del decaimiento de m Espectro de electrones Michel: m-  e- + nm +ne Rechazados al requerir un mínimo de PMTs disparados (la energía máxima del espectro es 52 MeV). XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

18 Eventos en el detector f < 5 Hz
20ms 1.6ms Macro estructura del haz t(ns) f < 5 Hz Este simple criterio de selección de candidatos a neutrino provee eliminación del background proveniente de de rayos cósmicos del 99%. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

19 Estabilidad de la corrida:
Full n Run El número de candidatos a neutrino por protón enviado al blanco de MiniBooNE es estable en el tiempo. Total de 5.58×1020 POT POT = Protons On Target Los eventos observados por minuto son consistentes con un proceso de Poisson. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

20 Sub-eventos e nm m m e Cúmulos de actividad del tanque en el tiempo
Evento típico de 2 sub-eventos: e- del decaimiento de m- (electrón Michel) e nm m m e Ej. :Interacciones de nm cuasi-elasticas de CC producen dos sub-eventos XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

21 Muones en el detector Anillos bien definidos y llenos hacia el interior son característicos de las trazas de muones. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

22 Electrones en el detector
Producen anillos difusos : Dispersión múltiple Procesos radiativos XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

23 p0’s en el detector Producidos en interacciones de corriente neutra (NC) Dos anillos del tipo electrón por el decaimiento en dos fotones. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

24 p0’s mal identificados en el detector
Producidos en interacciones de corriente neutra (NC) Cuando un fotón es débil o escapa del tanque, el evento es parecido a un electrón. Este es el background por mala identificación mas grande en la búsqueda de oscilaciones. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

25 4. Piezas del análisis de oscilaciones
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26 Análisis a ciegas en MiniBooNE (blind analysis)
La señal de oscilaciones es pequeña preo relativamente fácil de aislar. Los datos adquiridos son clasificados en “cajas”. Las cajas son abiertas para análisis si contienen <1s de señal. Se tiene acceso a: Información parcial de todos los eventos o Toda la información de algunos eventos. Al final, más del 99% de los datos está disponible para estudios. Esto es necesario para desarrollar los análisis y entender las fuentes de incertidumbre. Todas las fuentes significativas de error sistemático son constreñidas utilizando los datos de las cajas abiertas. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

27 Estructura del análisis de oscilaciones
detector model BoostingParticle ID Likelihood Particle ID Simultaneous Fit to nm & ne Pre-Normalize to nm ; Fit ne Usar datos de producción de mesones para determinar el flujo de n‘s (blanco y geometría simulados en GEANT4) Usar modelo de secciones eficaces (NUANCE) para predecir la frequencia de interacciones de n‘s y estados finales. Estados finales de partículas pasan a la simulación del detector en GEANT3: modelación de la propagación de partículas y luz en el tanque. A partir de la reconstrucción de eventos, dos análisis independientes son utilizados: (1) Track Based Likelihood (TBL) (2) Boosted Decision Tree (BDT) Desarrollar criterios de identificación de partículas para separar la señal del background. Ajustar distribución de EnQE en los datos bajo la hipótesis de oscilaciones de dos n ‘s XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

28 Producción de p+ y K+ en el blanco
q p K+, p+ HARP Collaboration hep-ex/ Piones Kaones Miembros de MiniBooNE se unieron a HARP. Tomaron datos de producción de p+ con un blanco replica en el CERN: Blanco de Berilio de 5% l Haz de protones con momento de 8.9 GeV/c. Parametrización de Sanford-Wang. Datos de producción de K+ tomados en blancos multiples en el rango de momentos de GeV/c. Parametrización basada en escalamiento de Feynman (30% incertidumbre). XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

29 p  m nm K m nm m  e nm ne K p e ne
Flujo de neutrinos, simulación en GEANT4 m  e nm ne K p e ne K m nm p  m nm Fuentes “Intrínsecas” de ne + ne : m+  e+ nm ne (52%) K+  p0 e+ ne (29%) Otro ( 5%) K0  p e ne (14%) ne/nm = 0.5% contenido de antineutrinos: 6% XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

30 Modelo de secciones eficaces: NUANCE Monte Carlo
Casper, Nucl.Phys.Proc.Suppl. 112 (2002) 161 (U.C. Irvine) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

31 Modelo de secciones eficaces: NUANCE Monte Carlo
Casper, Nucl.Phys.Proc.Suppl. 112 (2002) 161 (U.C. Irvine) Interacciones cuasi-elásticas de corriente cargada CCQE (39% del total sin selección alguna) . Permite identificar el sabor del neutrino interactuante dado el leptón dispersado. La mayor parte de la señal de oscilaciones interactúa por este canal. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

32 Fuentes de calibración del detector
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33 Reconstrucción de la energia EnQE del n en eventos CCQE:
nm,e m,e z n p f Sólo es necesario saber el ángulo y la energía del leptón dispersado. La dirección del n entrante es conocida (dirección del haz). Se aplica una corrección debida a efectos nucleares. 12C nm, e XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

34 Ajustando parámetros en el Monte Carlo NUANCE:
Ajustes a Q2 en datos nm CCQE en MB: MAeff – Masa axial efectiva EloSF -- Parámetro de Bloqueo de Pauli De datos de dispersión de electrones: Eb – Energía de amarre pf -- Momento de Fermi Ajuste de parámetros nucleares del modelo de gas de Fermi relativista. Smith and Moniz, Nucl.,Phys.,B43(1972)605 Mejoró el acuerdo entre datos y simulación. MiniBooNE Collab., arXiv:  [hep-ex] Kinetic Energy of muon data/MC~1 across all angle vs.energy after fit XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

35 Constricciones de eventos nm-CCQE en las predicciones:
El gran número de eventos nm en los datos restringe las variaciones permitidas en los parámetros de la simulación. BDT Normalización y dependencia en la energía de la señal y el background. Predecir De los eventos nm CCQE Atar la predicción de la señal y el background de ne‘s al flujo de nm‘s restringe este análisis a una búsqueda de oscilaciones nm  ne por aparición de ne únicamente. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

36 En = 0.43 Ep Constricciones de eventos nm-CCQE en las predicciones:
Medir el espectro de energías de los nm‘s constriñe el número de muones que dan origen a parte del background intrínseco de ne‘s. Esto es posible dado que los decaimientos que ponen partículas en el detector ocurren a ángulos muy pequeños. p  m nm En-Ep space En (GeV) Ep(GeV) En = 0.43 Ep m  e nm ne XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

37 Ajustando la producción de p0’s
qgg g1 g2 Buena reconstrucción del pico de masa del p0 (resolución del 20%). El número de p0’s en intervalos de momento es medido. La distribución de momentos de los p0 ‘s es corregida para reproducir los datos. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

38 Event Type of Dirt after PID cuts
Fuentes externas de background: eventos en la “tierra” (“Dirt”) Interacciones de n fuera del detector Ndata/NMC = 0.99 ± 0.15 Event Type of Dirt after PID cuts Enhanced Background Cuts XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

39 Pre-selección para la búsqueda de oscilaciones:
Compartida por ambos análisis de oscilaciones: BDT y TBL El corte en el volumen fiducial depende del algoritmo. Al final deseamos aislar eventos del tipo: PMTs Veto < 6 PMTs Tanque > 200 Sólo 1 sub-evento Radio < 500 cm Rechazar muones cósmicos, electrones Michel Eventos tipo electrón Vertices dentro del volumen fiducial data MC XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

40 Análisis TBL: separación e / m
Reconstruye trazas bajo dos hipótesis diferentes: traza de e traza de m q, f t,x,y,z E Los eventos son grupos de información a nivel de PMT: (q,t,x) Ajuste de 7 parámetros que definen la traza de la partícula. Usando log(Le/Lm) ne CCQE nm CCQE MC XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

41 Análisis TBL: separación e / p0
Ajuste extendido para hallar dos trazas tipo electrón. E1, q1, f1 t, x, y, z E2 , q2, f2 Usando log(Le/Lp) Corte de Masa XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

42 Análisis TBL: Eventos esperados
Usando los cortes mostrados gráficamente en las transparencias anteriores, se selecciona la muestra de candidatos a ne: 475 MeV – 1250 MeV neK nem p Dirt DNg Other Total LSND best fit nmne Sig/√Bkgd = 6.8 Rango de experimento de conteo XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

43 Análisis BDT: Boosted Decision Trees
Arbol de decisiones: Serie de cortes basados en estudios Monte Carlo (Nsignal/Nbkgd) Variable 1 signal-like bkgd-like 9755/23695 30,245/16,305 Variable 2 Variable 3 bkgd-like sig-like sig-like bkgd-like 1906/11828 7849/11867 20455/3417 9790/12888 etc. Este árbol es uno entre muchas posibilidades … XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

44 Análisis BDT: Boosted Decision Trees
Ahora, construimos muchos árboles de decisión: cada uno pesa los eventos aumentando el poder de identificación de backgrounds mal identificados en árboles anteriores (“boosting”). Para cada árbol, un evento en los datos es asignado +1 si es identificado como señal, -1 si es identificado como background. La suma de todos los árboles se combina en un “score” negative positive tipo- Background tipo-señal XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

45 Análisis BDT: separación señal/background
El corte en el “score” de Boosting es elegido en función de la energía para maximizar la sensibilidad a oscilaciones. La señal (puntos rojos) esta claramente separada de todos los tipos de backgrounds (puntos grises). La comparanción de datos y Monte Carlo en la region “lateral” adjacente a la señal muestra buena concordancia. Sig/√Bkgd = 8.3 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

46 Análisis BDT: separación señal/background
El corte en el “score” de Boosting es elegido en función de la energía para maximizar la sensibilidad a oscilaciones. La señal (puntos rojos) esta claramente separada de todos los tipos de backgrounds (puntos grises). La comparanción de datos y Monte Carlo en la region “lateral” adjacente a la señal muestra buena concordancia. Una vez que la comparación datos/MC es buena, la predicción del background es finalizada. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

47 Análisis BDT: separación señal/background
El corte en el “score” de Boosting es elegido en función de la energía para maximizar la sensibilidad a oscilaciones. La señal (puntos rojos) esta claramente separada de todos los tipos de backgrounds (puntos grises). La comparanción de datos y Monte Carlo en la region “lateral” adjacente a la señal muestra buena concordancia. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

48 4. Análisis de errores sistemáticos
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49 Fuentes de error sistemático
Fuente de incertidumbre TBL/BDT Constreñido por Reducido al en el background de ne ‘s error en % datos de MB atar ne y nm Flujo, decaimiento de p+/m / √ √ Flujo, decaimiento de K / √ √ Flujo, decaimiento de K / √ √ Modelo del haz y el blanco / √ Secciones eficaces de n’s / √ √ Rendimiento de NC p / √ Interacciones externas (“Dirt”) / √ Modelo Optico / √ √ Modelo de la electrónica (DAQ) 7.5 / √ Todos los errores tuvieron una constricción por datos de MiniBooNE Correlaciones entre nm y ne permiten reducir aún más algunos de los errores BDT tiene mayor razón señal/ruido, pero es más sensible a los errores sistemáticos. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

50 Manipulación de incertidumbres en los análisis:
Con lo que comenzamos... ... lo que necesitamos Para una fuente de incertidumbre dada: Errores en una amplia gama de parámetros en el modelo subyacente. Para una fuente de incertidumbre dada: Errores en intervalos de EnQE e información sobre la correlación entre los intervalos. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

51 Manipulación de incertidumbres en los análisis:
Con lo que comenzamos... ... lo que necesitamos Para una fuente de incertidumbre dada: Errores en una amplia gama de parámetros en el modelo subyacente. Para una fuente de incertidumbre dada: Errores en intervalos de EnQE e información sobre la correlación entre los intervalos. "multisim" propagación de errores no-lineal Matriz de errores, entrada Contiene la correlación entre los párametros. Matriz de errores, salida Contiene correlaciones entre los intervalos de EnQE. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

52 Construyendo la matriz de errores:
MC Ni : número de eventos después de cortes MC es el Monte Carlo estándar a representa una “multisim” dada M :número total de “multisims” i,j son intervalos de EnQE p3 p1 p2 E La matriz de errores total es la suma sobre todas las fuentes de error XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

53 Construyendo la matriz de errores:
MC Correlaciones entre intervalos de EnQE provenientes del modelo óptico: BDT Ni : número de eventos después de cortes MC es el Monte Carlo estándar a representa una “multisim” dada M :número total de “multisims” i,j son intervalos de EnQE La matriz de errores total es la suma sobre todas las fuentes de error TBL: Usa la matriz de ne-sólamente BDT: Usa la matriz de nm-ne XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

54 Aplicando las constricciones:
TBL: Ajustar predicción del MC para reproducir el espectro medido de nm (tomar en cuenta correlaciones de errores sistemáticos) BDT: Incluir correlaciones de nm y ne en la matriz de errores: Incertidumbres sistemáticas y estadísticas incluídas en (Mij)-1 (i,j son intervalos en EnQE)

55 Comparación de las sensibilidades: BDT vs TBL
Determinadas en base a simulaciones El análisis TBL (linea contínua) tiene mayor sensibilidad a oscilaciones. En base a esto fué elegido como el análisis principal. La decisión fué tomada antes de “perder la ceguera”. Contornos del 90% C.L., calculados con Dc2 =1.64 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

56 5. Resultados XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

57 Procedimiento de apertura de “La Caja”
Proceder en pasos con cautela. Una vez que los cortes del análisis han sido fijados y aplicados a los datos: Realizar el ajuste de oscilaciones a los datos secuestrados. Hacer una prueba de c2 para un conjunto de variables de diagnóstico. Son todas razonables? (Prob (c2 )>> 1%?) 2.Mirar las distribuciones del paso 1 (sin mostrar escala ni errores estadísticos) 3.Hacer prueba de c2 a la distribución de EnQE sin regresar los parámetros ajustados. 4.Comparar la distribución de EnQE en datos y Monte Carlo, regresando los parámetros ajustados. En esto punto la caja está abierta (26 de Marzo, 2007) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

58 Paso 1. Prueba de c2 en variables de diagnóstico
12 variables probadas en TBL 46 variables probadas en BDT Todas las variables tuvieron buena probabilidad de c2 excepto ... Análisis TBL: probabilidad de c2 para la variable Evisible es ~1%. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

59 Paso 1. Prueba de c2 en variables de diagnóstico
12 variables probadas en TBL 46 variables probadas en BDT Todas las variables tuvieron buena probabilidad de c2 excepto ... Análisis TBL: probabilidad de c2 para la variable Evisible es ~1%. Decisión: Cambiar corte en la energía a: EnQE > 475 MeV para el análisis de oscilaciones (efecto en sensibilidad es mínimo) Mostrar rango completo en el artículo (>300 MeV). No hay cambio siginificativo en la sensibilidad EnQE>475 línea continua EnQE>300 línea punteada XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

60 Paso 1. de nuevo … Prueba de c2 en variables de diagnóstico
c2 / ndf = 8.7 / 7 p = 0.28 12 variables probadas en TBL 46 variables probadas en BDT Todas las variables tuvieron buena probabilidad de c2. Análisis TBL: Probabilidad de c2 para la variable Evisible es ~28% Procedemos … c2 / ndf = 7.2 / 8 p = 0.51 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

61 Paso 2. Abrir distribuciones del paso 1
Abriendo 12 gráficas para TBL y 46 para BDT El MC contiene la señal ajustada y desconocida Ejemplo: Energía visible Evisible c2 Prob= 28% fitted energy (MeV) Evisible c2 Prob= 59% BDT TBL (EnQE>475 MeV) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

62 Paso 3. Prueba de c2 para la distribución de EnQE
Esta es la c2 del ajuste de oscilaciones TBL (EnQE>475 MeV) c2 Probabilidad: 99% BDT c2 Probabilidad: 52% c2 / ndf = 0.9 / 6 p = 0.99 EnQE Paso Abrir la caja ... XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

63 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

64 Paso 4. Comparar distribuciones, ver parámetros del ajuste
Análisis TBL: No hay señal de un exceso en la región del análisis (donde se esperan oscilaciones de 2n’s del tipo de LSND). Exceso visible a bajas energías (fuera del rango del ajuste). Análisis BDT: Tampoco hay señal de un exceso, de hecho, los datos están por debajo de la predicción. Indicio de un exceso a bajas energías, pero es cubierto por el error en la normalización. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

65 Resultados del experimento de conteo al abrir la caja:
TBL BDT Rango < EnQE < 1250 MeV < EnQE < 1600 MeV Datos eventos eventos expectación 19 (stat)  35 (sys) 33 (stat)  225 (sys) significación s s Los análisis BDT y TBL son significativamente distintos. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

66 Límites de oscilaciones de ambos análisis:
El primer resultado de MiniBooNE es un límite para oscilaciones de 2n del tipo nmne. Siendo consistentes con las expectaciones en la región de la señal, los dos análisis pueden calcular un límite. Los límites de ambos análisis son consistentes entre sí. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

67 Interpretación del límite de MiniBooNE
Existen varias formas de presentar límites: Barrido unilateral (single sided raster scan): Dc2 = 1.64 , ajuste a sin22q para cada Dm (usado históricamente, presentado aquí) Barrido Global (Dc2 = 2.71, ajuste 2-dim ) Esquema unificado (Feldman-Cousins) Comparamos las varias prescripciones con la región permitida según el análisis conjunto de KARMEN-LSND. [Church, et al., PRD 66, ]. La colaboración MiniBooNE está preparando un análisis combinado de los datos de los tres experimentos: LSND-KARMEN-MiniBooNE. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

68 Una prueba de compatibilidad entre MiniBooNE y LSND
Para cada m2, determinar la medición de MB y LSND: zMB  zMB, zLSND  zLSND , donde z = sin2(2), y z es el error 1. Para cada m2, formar 2 entre las mediciones de MB y LSND Hallar z0 que minimiza 2 (promedio pesado de las dos mediciones) Esto da 2min Hallar la probabilidad de 2min para 1 dof; ésta es la probabilidad de compatibilidad para este valor de m2 . XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

69 Una prueba de compatibilidad entre MiniBooNE y LSND
Maximum Joint Probability Dm2 (eV2) Este estudio conduce a una incompatibilidad del 98% con la interpretación de que LSND y MiniBooNE observan aparición de ne por oscilaciones de 2n del tipo nmne . XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

70 Conclusiones Tanto el análisis BDT como el análisis TBL, muestran que no hay un exceso significativo de eventos de ne sobre la expectación del background. MiniBooNE excluye la región permitida al 90% C.L. por el análisis conjunto de KARMEN y LSND, con un nivel de confianza del 90%. Los datos de MiniBooNE y LSND son incompatibles al 98% C.L. con la interpretación de que ambos son el resultado de oscilaciones nmne . El exceso de eventos observado a bajas energías en MiniBooNE es inconsistente con aparición de ne por oscilaciones de 2n y se encuentra bajo investigación. Phys. Rev. Lett. 98, (2007) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

71 Backup Slides XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

72 p+ production q p+ p HARP (CERN) 5% l Beryllium target
8.9 GeV proton beam momentum HARP collaboration, hep-ex/ Data are fit to a Sanford-Wang parameterization. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

73 K+ production Measurements of K+ production from past experiments were fit to a parameterization to describe the production of these particles in the simulation. The parameterization is based in Feynman scaling to compare datasets with different incident momentum and target material. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

74 Calibration sources: the laser system
Laser flask system Muon tracker and scintillation cube system XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

75 5.581020 POT (proton on target)
Time structure of neutrino beam Booster Target Hall 4 1012 protons per 1.6 ms pulse delivered at up to 5 Hz. 5.581020 POT (proton on target) FNAL Booster 19ns 1.5ns Beam micro structure 20ms 1.6ms Beam macro structure XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

76 Summary of Track Based cuts
Efficiency: “Precuts” + Log(Le/Lm) + Log(Le/Lp) + invariant mass Backgrounds after cuts XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

77 Ejemplo: Incertidumbres del modelo óptico
Para entender las variaciones permitidas, 70 simulaciones al nivel de los PMTs fueron producidas con variaciones en los parámetros “Multisims” El modelo tiene 39 parámetros que deben variarse Las variaciones son constreñnidas por muestras de electrones Michel y láseres XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

78 Ejemplo: Incertidumbres en secciones eficaces
De datos  CCQE en MiniBooNE MAQE, elosf %, 2% (stat+bkg only) QE  norm % QE  shape función de E e/ QE  función de E NC 0 rate función del momento, 0 MAcoh, coh.  ±25%   Nrate función de  mom + 7% BF De datos  NC 0 en MiniBooNE EB, pF MeV, 30 MeV s % MA1 % MAN % DIS  % De otros experimentos La mayoría de estas incertidumbres son comunes a nm y ne y tienden a cancelarse cuando las correlaciones entre ambas muestras son tomadas en cuenta en el análisis. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

79 Modelo de secciones eficaces: eventos que producen piones
Vía la producción de resonancias D en interacciones n -nucleón (N) N     25% N  0  8% NCp0 El p0 decae en dos fotones. El evento se puede confundir con un electrón si un fotón es débil, emulando la señal. CCp+ Fácil de distinguir (3 sub-eventos). No es un background substancial para el análisis de oscilaciones. El decaimiento DNg produce un solo fotón y ocurre con una probabilidad de 0.56%. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

80 Comparando eventos CCQE en datos y Monte Carlo
nm m z n p f nm CCQE UZ = cosqz nm CCQE XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

81 Modelo óptico del detector
Luz: Cerenkov, Centelleo, Fluorescencia Toma en cuenta la respuesta de carga/tiempo de los PMT’s. Dispersión, reflecciones, pre-pulso de PMTs En total 39 parámetros a ajustar (e.g. longitud de atenuación, fuerza de fluorescencia, etc. ). Datos de e- Michel y LASER usados para su calibración. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

82 Análisis TBL: separación e / p0
Monte Carlo π0 only BLIND Ajuste extendido para hallar dos trazas tipo electrón. E1, q1, f1 t, x, y, z E2 , q2, f2 Banda lateral “Sideband” Señal: masa<50 (baja masa) log(Le/Lm)>0 (e-like) log(Le/Lp)>0 (e-like) Sideband: masa<50 (baja masa) log(Le/Lm)>0 (e-like) log(Le/Lp)<0 (p-like) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

83 Optical Model Attenuation length: >20 m @ 400 nm We have developed
39-parameter “Optical Model” based on internal calibration and external measurement Detected photons from Prompt light (Cherenkov) Late light (scintillation, fluorescence) in a 3:1 ratio for b~1 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

84 Resultados de MiniBooNE:
El primer resultado de MiniBooNE es un límite para oscilaciones de 2n del tipo nmne. Phys. Rev. Lett. 98, (2007) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007