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Resultados Recientes de MiniBooNE sobre Oscilaciones de Neutrinos Alexis A. Aguilar-Arévalo Columbia University por la colaboración MiniBooNE XXI Reunión.

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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 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 Marys University of Minnesota Embry Riddle University Virginia Polytechnic Institute Fermi National Accelerator Laboratory Western Illinois University Indiana University Yale University Colaboración MiniBooNE XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

3 Puntos a tratar: 1. Motivación 2. Descripción del experimento 3. Eventos tipo en MiniBooNE 4. Piezas del análisis de oscilaciones 5. Errores Sistemáticos 6. 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 Exceso de e en haz de 87.9 ± 22.4 ± 6.0 (3.8 ) Haz de,decaimiento de + en reposo Señal: e + p e + + n Luz Cerenkov del e + en coincidencia retardada con rayo gama de 2.2 MeV, captura del neutrón en hidrógeno XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

6 Distancia a la fuente: L ~ 30 m Energía promedio: E ~ 30 MeV LSND Collaboration, Phys. Rev. D64, e disapp. e Interpretado como oscilaciones de 2 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) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 Motivación de MiniBooNE: el experimento LSND de Los Alamos

7 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 ×10 2 m) Estas tres señales de oscilaciones son inconsistentes con el esquema de tres del Modelo Estándar. m 13 2 = m m 23 2 El esquema de tres requiere: m 12 2 = m m 2 2 m 23 2 = m m 3 2 increasing (mass) 2 Propósito de MiniBooNE: verificar/refutar LSND XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 Motivación de MiniBooNE: el experimento LSND de Los Alamos

8 2. Descripción del experimento XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

9 Booster K+K+ blanco y horndetectortierra región de decaimiento absorbedor haz primariohaz terciariohaz secundario (protones)(mesones)(neutrinos) e booster El experimento MiniBooNE Estrategia: Usar una similar L/E 1 Distancia más larga: L 500 m Energía más alta: E 500 MeV Buscar oscilaciones de 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 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. Booster K+K+ blanco y horndetectortierra región de decaimiento e booster XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 El experimento MiniBooNE absorbedor haz primariohaz terciariohaz secundario (protones)(mesones)(neutrinos)

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

12 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. Booster K+K+ blanco y horndetector e booster región de decaimiento tierra XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 El experimento MiniBooNE haz primariohaz terciariohaz secundario (protones)(mesones)(neutrinos) absorbedor

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

14 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. El detector: 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 en MiniBooNE XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

16 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). Eventos en el detector 20 s 1.6 s Macro estructura del haz t(ns) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 f < 5 Hz

17 - e e Requiriendo baja actividad en el veto eliminamos los muones de rayos cósmicos. Aún hay e del decaimiento de Espectro de electrones Michel: 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 Eventos en el detector 20 s 1.6 s Macro estructura del haz t(ns) f < 5 Hz

18 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 Eventos en el detector 20 s 1.6 s Macro estructura del haz t(ns) f < 5 Hz

19 Estabilidad de la corrida: Los eventos observados por minuto son consistentes con un proceso de Poisson. Full Run El número de candidatos a neutrino por protón enviado al blanco de MiniBooNE es estable en el tiempo. Total de 5.58×10 20 POT XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 POT = Protons On Target

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

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 s en el detector 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 Producidos en interacciones de corriente neutra (NC)

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

25 4. Piezas del análisis de oscilaciones XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

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 <1 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. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 Todas las fuentes significativas de error sistemático son constreñidas utilizando los datos de las cajas abiertas.

27 detector model BoostingP article ID Likelihood Particle ID Simultaneous Fit to & e Pre-Normalize to Fit e 1.Usar datos de producción de mesones para determinar el flujo de s (blanco y geometría simulados en GEANT4) 2.Usar modelo de secciones eficaces (NUANCE) para predecir la frequencia de interacciones de s y estados finales. 3.Estados finales de partículas pasan a la simulación del detector en GEANT3: modelación de la propagación de partículas y luz en el tanque. 4.A partir de la reconstrucción de eventos, dos análisis independientes son utilizados: (1) Track Based Likelihood (TBL) (2) Boosted Decision Tree (BDT) 5.Desarrollar criterios de identificación de partículas para separar la señal del background. 6.Ajustar distribución de E QE en los datos bajo la hipótesis de oscilaciones de dos s Estructura del análisis de oscilaciones XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

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

29 e e K e e K Fuentes Intrínsecas de e + e : e + e (52%) K + e + e (29%) Otro ( 5%) K 0 e e (14%) e / = 0.5% contenido de antineutrinos: 6% Flujo de neutrinos, simulación en GEANT4 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 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 Modelo de secciones eficaces: NUANCE Monte Carlo Casper, Nucl.Phys.Proc.Suppl. 112 (2002) 161 (U.C. Irvine)

32 Fuentes de calibración del detector XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

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

34 Ajustes a Q 2 en datos CCQE en MB: M A eff – Masa axial efectiva E lo SF -- Parámetro de Bloqueo de Pauli De datos de dispersión de electrones: E b – Energía de amarre p f -- Momento de Fermi Kinetic Energy of muon data/MC~1 across all angle vs.energy after fit Ajustando parámetros en el Monte Carlo NUANCE: Smith and Moniz, Nucl.,Phys.,B43(1972)605 Ajuste de parámetros nucleares del modelo de gas de Fermi relativista. Mejoró el acuerdo entre datos y simulación. MiniBooNE Collab., arXiv: [hep-ex] XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

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

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

37 Ajustando la producción de 0 s El número de 0 s en intervalos de momento es medido. La distribución de momentos de los 0 s es corregida para reproducir los datos. Buena reconstrucción del pico de masa del 0 (resolución del 20%). 0 p 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 Enhanced Background Cuts Interacciones de fuera del detector N data /N MC = 0.99 ± 0.15 Fuentes externas de background: eventos en la tierra (Dirt) XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

39 data MC Pre-selección para la búsqueda de oscilaciones: Al final deseamos aislar eventos del tipo: Compartida por ambos análisis de oscilaciones: BDT y TBL El corte en el volumen fiducial depende del algoritmo. 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 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

40 Análisis TBL: separación e / e CCQE CCQE MC Reconstruye trazas bajo dos hipótesis diferentes: 1. traza de e 2. traza de Los eventos son grupos de información a nivel de PMT: (q,t,x) Ajuste de 7 parámetros que definen la traza de la partícula. t,x,y,z E XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 Usando log(L e /L )

41 Análisis TBL: separación e / 0 Ajuste extendido para hallar dos trazas tipo electrón. E 1, 1 1 t, x, y, z 2 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 Usando log(L e /L ) Corte de Masa

42 Análisis TBL: Eventos esperados 475 MeV – 1250 MeV e K 94 e Dirt 17 N 20 Other 33 Total 358 LSND best fit e 126 Rango de experimento de conteo Sig/Bkgd = 6.8 Usando los cortes mostrados gráficamente en las transparencias anteriores, se selecciona la muestra de candidatos a e : XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

43 Variable 3 Variable 2 Variable 1 Arbol de decisiones: Serie de cortes basados en estudios Monte Carlo (N signal /N bkgd ) 30,245/16, / / / / /11867 signal-like bkgd-like sig-like bkgd-like etc. Este árbol es uno entre muchas posibilidades … Análisis BDT: Boosted Decision Trees 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 negativepositive 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 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 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. Análisis BDT: separación señal/background

47 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 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. Análisis BDT: separación señal/background

48 4. Análisis de errores sistemáticos XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

49 Fuente de incertidumbre TBL/BDT Constreñido por Reducido al en el background de e s error en % datos de MB atar e y Flujo, decaimiento de + / / 4.3 Flujo, decaimiento de K / 1.0 Flujo, decaimiento de K / 0.4 Modelo del haz y el blanco 2.8 / 1.3 Secciones eficaces de s 12.3 / 10.5 Rendimiento de NC / 1.5 Interacciones externas (Dirt) 0.8 / 3.4 Modelo Optico 6.1 / 10.5 Modelo de la electrónica (DAQ) 7.5 / 10.8 Todos los errores tuvieron una constricción por datos de MiniBooNE Correlaciones entre y e permiten reducir aún más algunos de los errores BDT tiene mayor razón señal/ruido, pero es más sensible a los errores sistemáticos. Fuentes de error sistemático 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: 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 E QE e información sobre la correlación entre los intervalos. Con lo que comenzamos lo que necesitamos XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

51 Matriz de errores, entrada Contiene la correlación entre los párametros. Matriz de errores, salida Contiene correlaciones entre los intervalos de E QE. "multisim" propagación de errores no-lineal XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 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 E QE e información sobre la correlación entre los intervalos. Con lo que comenzamos lo que necesitamos Manipulación de incertidumbres en los análisis:

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

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

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

55 Comparación de las sensibilidades: BDT vs TBL 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 2 =1.64 Determinadas en base a simulaciones 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 Una vez que los cortes del análisis han sido fijados y aplicados a los datos: 1.Realizar el ajuste de oscilaciones a los datos secuestrados. Hacer una prueba de 2 para un conjunto de variables de diagnóstico. Son todas razonables? (Prob ( 2 )>> 1%?) 2.Mirar las distribuciones del paso 1 (sin mostrar escala ni errores estadísticos) 3.Hacer prueba de 2 a la distribución de E QE sin regresar los parámetros ajustados. 4.Comparar la distribución de E QE en datos y Monte Carlo, regresando los parámetros ajustados. En esto punto la caja está abierta (26 de Marzo, 2007) Procedimiento de apertura de La Caja Proceder en pasos con cautela. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

58 12 variables probadas en TBL 46 variables probadas en BDT Todas las variables tuvieron buena probabilidad de 2 excepto... Análisis TBL: probabilidad de 2 para la variable E visible es ~1%. Paso 1. Prueba de 2 en variables de diagnóstico XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

59 12 variables probadas en TBL 46 variables probadas en BDT Todas las variables tuvieron buena probabilidad de 2 excepto... Análisis TBL: probabilidad de 2 para la variable E visible es ~1%. Decisión: Cambiar corte en la energía a: E QE > 475 MeV para el análisis de oscilaciones (efecto en sensibilidad es mínimo) Mostrar rango completo en el artículo (>300 MeV). Paso 1. Prueba de 2 en variables de diagnóstico XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 No hay cambio siginificativo en la sensibilidad EnQE>475 línea continua EnQE>300 línea punteada

60 12 variables probadas en TBL 46 variables probadas en BDT Todas las variables tuvieron buena probabilidad de 2. Análisis TBL: Probabilidad de 2 para la variable E visible es ~28% Procedemos … Paso 1. de nuevo … Prueba de 2 en variables de diagnóstico 2 / ndf = 8.7 / 7 p = / 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 TBL (E QE >475 MeV) BDT Abriendo 12 gráficas para TBL y 46 para BDT El MC contiene la señal ajustada y desconocida E visible 2 Prob= 28% fitted energy (MeV) E visible 2 Prob= 59% Ejemplo: Energía visible Paso 2. Abrir distribuciones del paso 1 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

62 2 / ndf = 0.9 / 6 p = 0.99 E QE Paso 3. Prueba de 2 para la distribución de E QE Paso 4. Abrir la caja... Esta es la 2 del ajuste de oscilaciones TBL (E QE >475 MeV) 2 Probabilidad: 99% BDT 2 Probabilidad: 52% XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

63

64 Análisis TBL: No hay señal de un exceso en la región del análisis (donde se esperan oscilaciones de 2 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. Paso 4. Comparar distribuciones, ver parámetros del ajuste XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

65 TBL BDT Rango 475 < E QE < 1250 MeV 300 < E QE < 1600 MeV Datos 380 eventos 971 eventos expectación (stat) 35 (sys) (stat) 225 (sys) significación Resultados del experimento de conteo al abrir la caja: 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: 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. El primer resultado de MiniBooNE es un límite para oscilaciones de 2 del tipo e. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

67 Existen varias formas de presentar límites: Barrido unilateral (single sided raster scan): 2 = 1.64, ajuste a sin 2 2 para cada m 2 (usado históricamente, presentado aquí) Barrido Global ( 2 = 2.71, ajuste 2-dim ) Esquema unificado (Feldman-Cousins) Interpretación del límite de MiniBooNE La colaboración MiniBooNE está preparando un análisis combinado de los datos de los tres experimentos: LSND-KARMEN-MiniBooNE. Comparamos las varias prescripciones con la región permitida según el análisis conjunto de KARMEN-LSND. [ Church, et al., PRD 66, ]. 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 1. Para cada m 2, determinar la medición de MB y LSND: z MB z MB, z LSND z LSND, donde z = sin 2 (2 ), y z es el error 1. 2.Para cada m 2, formar 2 entre las mediciones de MB y LSND 3. Hallar z 0 que minimiza 2 (promedio pesado de las dos mediciones) Esto da 2 min 4. Hallar la probabilidad de 2 min para 1 dof; ésta es la probabilidad de compatibilidad para este valor de m 2. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

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

70 Conclusiones Tanto el análisis BDT como el análisis TBL, muestran que no hay un exceso significativo de eventos de e 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 e. El exceso de eventos observado a bajas energías en MiniBooNE es inconsistente con aparición de e por oscilaciones de 2 y se encuentra bajo investigación. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 Phys. Rev. Lett. 98, (2007)

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

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

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

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

76 Efficiency: Log(L e /L ) + Log(L e /L ) + invariant mass Backgrounds after cuts Summary of Track Based cuts Precuts + 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 M A QE, e lo sf 6%, 2% (stat+bkg only) QE norm 10% QE shape función de E e / QE función de E De datos CCQE en MiniBooNE De datos NC 0 en MiniBooNE Ejemplo: Incertidumbres en secciones eficaces De otros experimentos La mayoría de estas incertidumbres son comunes a y e y tienden a cancelarse cuando las correlaciones entre ambas muestras son tomadas en cuenta en el análisis. E B, p F 9 MeV, 30 MeV s 10% M A 1 25% M A N 40% DIS 25% NC 0 rate función del momento, 0 M A coh, coh. ±25% N rate función de mom + 7% BF XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007

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

80 CCQE U Z = cos z z n p Comparando eventos CCQE en datos y Monte Carlo 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 PMTs. 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 / 0 Ajuste extendido para hallar dos trazas tipo electrón. E 1, 1 1 t, x, y, z 2 XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 Señal: masa<50 (baja masa) log(L e /L )>0 (e-like) Banda lateral Sideband Monte Carlo π 0 only BLIND Sideband: masa<50 (baja masa) log(L e /L )>0 (e-like) log(L e /L )<0 ( -like)

83 Detected photons from Prompt light (Cherenkov) Late light (scintillation, fluorescence) in a 3:1 ratio for b~1 Attenuation length: > nm We have developed 39-parameter Optical Model based on internal calibration and external measurement Optical Model 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 2 del tipo e. XXI Reunión Anual, División de Partículas y Campos, Sociedad Mexicana de Física México D.F., Junio 21-22, 2007 Phys. Rev. Lett. 98, (2007)


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