Исследование осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К

Измайлов, Александр Олегович

Исследование осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Измайлов, Александр Олегович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.16 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К»

Автореферат диссертации на тему "Исследование осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К"

ИЗМАЙЛОВ Александр Олегович

Исследование осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К

01.04.1 б - физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 2 ['Г? 2012

005012659

На правах рукописи

ИЗМАЙЛОВ Александр Олегович

Исследование осцилляции мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К

01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Работа выполнена в Федеральном государственном учреждении науки Институте ядерных исследований Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Ю.Г.Куденко

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор А.И.Студеникин

доктор физико-математических наук Ж.М. Джилкибаев

Ведущая организация:

Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН (г.Новосибирск)

Защита диссертации состоится « 2012 г.

в /^ часов на заседании диссертационного совета Д 002.119.01 Федерального государственного учреждения науки Института ядерных исследований Российской академии наук по адресу: 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 7а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного учреждения науки Института ядерных исследований Российской академии наук.

Автореферат разослан «_» //_2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 002.119.01 кандидат физико-математических наук

Б.А.Тулупов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы исследования

К началу 1970-х годов в результате интенсивных исследований сложилась стройная система описания элементарных частиц и соответствующих экспериментальных данных, получившая название «Стандартная модель», которая включает в себя квантовую хромодинамику для описания сильных взаимодействий и модель Глэшоу-Вайнберга-Салама для описания электрослабых взаимодействий.

В рамках Стандартной модели нейтрино являются безмассовыми частицами, обладают полуцелым спином 1/2, не имеют электрического заряда и взаимодействуют исключительно слабым образом. Существуют три нейтринных аромата: ие, v¡L и vT. Экспериментально измеренная ширина распада Z0 бозона с большой точностью соответствует общему числу различных типов нейтрино равному трем, что подтверждает полноту описания и является одним из основополагающих положений модели. Требование нулевой массы нейтрино в Стандартной модели приводит к отсутствию переходов между различными нейтринными ароматами и сохранению собственных лептонных чисел: Le, L,l и LT. Нейтрино также полагаются Дираковскими частицами, то есть нейтрино и антинейтрино соответствующего аромата являются различными частицами. В Стандартной модели нейтрино считаются левыми частицами (значение проекции спина частицы на направление импульса отрицательно), а антинейтрино - правыми. В слабых взаимодействиях участвуют левые нейтрино и правые антинейтрино, что связано с так называемой V-A природой слабых процессов.

Поиск отклонений от Стандартной модели («новой физики») является активно развивающимся направлением физических исследований последнего времени. Открытие явления нейтринных осцилляций, переходов между нейтринными ароматами, в экспериментах с солнечными, атмосферными, реакторными нейтрино, а также в ускорительных экспериментах привело к принципиальному изменению нашего понимания физики нейтрино, так как существование этого явления требует наличия у нейтрино ненулевой массы. Как следует из осцилляций, нейтрино имеют малую, но ненулевую массу, смешиваются, что приводит к несохраненшо индивидуальных лептонных чисел. Указанный результат явился прямым экспериментальным доказательством существования физики вне рамок Стандартной модели и положил начало изучению этой физики.

Исследование нейтринных осцилляций и определение абсолютной величины массы нейтрино являются фундаментальными вопросами физики слабых взаимодействий. В различных экспериментах удалось измерить ряд параметров смешивания нейтрино, однако несмотря на достигнутый прогресс остается множество важнейших вопросов, ждущих своего решения. Некоторые проблемы представлены ниже.

• Каково значение величины угла смешивания между первым и третьим массовыми состояниями нейтрино (?1з?

• Насколько sin2 2023 (определяет осцилляции атмосферных нейтрино) отличается от единицы?

• Существует ли CP-нарушение в лептонном секторе и чему равна ¿с г? Ответ на этот вопрос важен для понимания механизмов лептогенезиса, а также для понимания роли нейтрино в барионной асимметрии Вселенной.

• Существуют ли переходы в другие, не взаимодействующие слабым образом, стерильные нейтрино?

• Какова иерархия нейтринных масс?

Найти ответы на некоторые из перечисленных вопросов нейтринной физики возможно удастся в проводимых в настоящее время экспериментах, а также в готовящихся проектах. Центральная роль в этом процессе отводится ускорительным экспериментам с длинной базой, одним из которых является эксперимент второго поколения Т2К (Tokai-to-Kamioka) в Японии. Этому эксперименту посвящена настоящая работа.

Цель, научная новизна и методы исследования

Основная задача - это исследование осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К:

• Поиск осцилляций v¡L —> vP и определение угла смешивания 0\:\. Это последний на сегодняшний день неизмеренный угол смешивания нейтрино, для которого существует лишь верхнее ограничение, полученное в экспериментах CHOOZ и MINOS (sin2 2013 < 013, 90% C.L.).

• Изучение осцилляций vfi - > vfí и прецизионное измерение параметров смешивания 6>2з и Д?П2з.

Эксперимент Т2К - это нейтринный ускорительный эксперимент второго поколения с длинной базой. В эксперименте используется два детектора: ближний, на расстоянии 280 м от протонной мишени (ÑD280), и дальний -водный черепковский детектор Супер-Камиоканде (Super-Kamiokande). Длина базы эксперимента составляет 295 км. Принципиально новым подходом является использование так называемой «вне-осевой» («oíf-axis») концепции нейтринного пучка. Нейтрино детектируются под небольшим углом к оси протонного пучка (2.5°), что позволяет работать с практически монохроматическим пучком нейтрино, настроить энергию пучка на осцилляционный максимум, подавить фон от примеси электронных нейтрино в первичном пучке и от взаимодействий нейтрино, идущих через нейтральные токи.

Важным вопросом для изучения нейтринных осцилляций является точное измерение сечений взаимодействия нейтрино с веществом. Ближний нейтринный детектор ND280 Т2К, состоящий из нескольких детекторов, каждый из которых оптимизирован для работы с определенным типом взаимодействий, позволит не только измерить спектр нейтрино до осцилляции, но и оценить вклад от различных источников в фоновые процессы, а также улучшить известные на сегодняшний день значения сечений в различных каналах.

Практическая ценность

В эксперименте Т2К получено указание на наличие ненулевого угла смешивания нейтрино Этот результат имеет важное значение для разработки теоретических и феноменологических конструкций физики нейтрино, а также для дальнейшего развития экспериментального изучения осцилляций, так как открывается возможность экспериментального изучения СР-нарушения в лептонном секторе в ускорительных экспериментах. В Т2К также впервые использована концепция «вне-осевого» пучка нейтрино, которая позволяет работать с практически монохроматическим пучком с энергией, настроенной на осцилляционный максимум. Так, осцилляции мюонных нейтрино в процессе Уц —> у^ (эксперимент «на исчезновение») были надежно подтверждены в Т2К за короткое время набора данных с использованием небольшой статистики. Успешное применение методики «вне-осевого» пучка в Т2К позволяет начать его широкое использование в других ускорительных нейтринных экспериментах, что даст возможность существенно улучшить точность измерений.

Практическую ценность представляет также разработанная в ИЯИ РАН экспериментальная база для создания детекторов и методика тестирования сцинтилляционных детекторов и их отдельных элементов: оптоволокон, сцнн-тилляционных пластин, лавинных фотодиодов. Следует отдельно отметить, что в ближнем детекторе Т2К впервые в большом количестве в качестве фотодетекторов успешно используются многопиксельные лавинные фотодиоды, накоплена статистика по более чем 55000 каналам в течение 3 лет измерений. В настоящее время применение этих приборов в различных экспериментах становится все более широким.

Практической ценностью также обладают созданные алгоритмы калибровки и реконструкции событий, т.к. они имеют существенное значение для восстановления событий в ближнем детекторе N¿280 Т2К, а также могут использоваться при создании новых детекторов нейтрино.

Личный вклад

Автор принимал участие на всех этапах подготовки и проведения эксперимента:

• внес вклад в разработку, создание и тестирование прототипов, а также индивидуальных счетчиков детектора мюонного пробега ЭМГШ в ИЯИ РАН и Японии,

• принимал активное участие в запуске детектора БМИО и настройке его на космических мюонах и нейтринном пучке,

• осуществлял контроль за функционированием детектора во время набора физических данных и выполнял роль эксперта по работе ЭМН!) детектора,

• создал ряд алгоритмов, используемых для калибровки детектора БМШЗ, а также детектора нейтральных пионов и электромагнитного калориметра N0280, выполнил настройку моделирования «отклика» индивидуальных БМРШ счетчиков,

• внес вклад в разработку алгоритмов реконструкции событий в детекторе ND280; был одним из создателей компьютерного кода для реконструкции событий в SMRD детекторе, также создал алгоритм согласования отдельных событий в SMRD с треками из внутренней части ND280,

• создал алгоритм анализа событий с использованием SMRD детектора при отсутствии информации время-проекционных камер,

• внес вклад в анализ спектра нейтрино в ближнем нейтринном детекторе ND280; результат используется для осцилляционного анализа Т2К.

Положения, выносимые на защиту

1. Разработка и создание детектора мюонного пробега (SMRD) для ближнего нейтринного детектора ND280 эксперимента Т2К. Исследование параметров SMRD счетчиков, изготовленных на основе экструдированных пластин стин-циллятора, со спектросмещающими опговолокнами и микропиксельными лавинными фотодиодами. Запуск ближнего нейтринного детектора ND280 Т2К на пучке мюонных нейтрино.

2. Измерение спектра «вне-осевого» пучка нейтрино и определение состава нейтринного пучка вблизи протонной мишени с помощью ближнего детектора ND280.

3. Разработка алгоритмов калибровки и настройка моделирования «отклика» счетчиков SMRD. Создание алгоритмов реконструкции событий в SMRD детекторе и разработка программы согласования событий в SMRD с треками из внутренней части ближнего детектора ND280.

4. Создание алгоритма анализа событий с использованием SMRD детектора при отсутствии информации время-проекционных камер.

5. Обнаружение vß —► ve осцилляции в нейтринном ускорительном эксперименте Т2К и измерение угла смешивания нейтрино 0\?,.

6. Измерение параметров нейтринных осцилляций в процессе vtí —» vtl (эксперимент «на исчезновение») с использованием «вне-осевого» пучка мюонных нейтрино в эксперименте Т2К.

Апробация работы

Непосредственно по материалам диссертации опубликовано 12 работ (8 в реферируемых журналах). Результаты исследований были представлены автором в виде докладов на следующих конференциях:

1) «The 1st International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics», TIPP09, Цукуба, Япония, 12-17 марта 2009,

2) Научная сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», ИТЭФ, Москва, 23-27 ноября 2009 г.,

3) «International Neutrino Summer School», INSS 2010, Йокогама-Токай, 2331 августа 2010 г., Япония,

4) << llth International Workshop on Next Generation Nucleón Decay and Neutrino Detectors», llth NNN Workshop, Тояма, Япония, 13-16 декабря 2010 г.,

5) 15-я Ломоносовская конференция по физике элементарных частиц, МГУ, Москва, 18-24 августа 2011 г.,

6) 53-я научная конференция МФТИ, г.Долгопрудный, 24-29 ноября 2010

г-,

7) 7-я Баксанская молодежная школа экспериментальной и теоретической физики (БМШ ЭТФ 2006), 22 - 27 октября 2006 г.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объем работы: 142 страницы, включая 98 рисунков, 15 таблиц и список литературы, состоящий из 157 ссылок.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении излагаются цель и методы исследования; раскрываются актуальность, научная новизна и практическая ценность диссертации; перечисляются положения, выносимые на защиту, и приводятся фактические данные о работе и ее апробации.

Глава 2 посвящена обзору физики нейтринных осцилляций и описанию современного состояния проблемы экспериментального исследования нейтринных осцилляций. Рассматривается феноменология осцилляций, приводится оценка вероятности нейтринных переходов в вакууме и веществе. Приведен обзор экспериментов по измерению различных параметров смешивания нейтрино: экспериментов с солнечными, атмосферными нейтрино, а также ускорительных и реакторных экспериментов. Представлены значения параметров осцилляций, измеренные на настоящий момент. Кратко рассмотрено будущее нейтринных экспериментов.

В Главе 3 приведено описание эксперимента Т2К, представлены основные цели и задачи эксперимента. Эксперимент Т2К - это ускорительный нейтринный эксперимент с длинной базой, проводящийся в Японии. Международная коллаборация Т2К включает в свой состав более 500 ученых из 58 национальных лабораторий 12 стран. В эксперименте используется практически чистый пучок мюонных нейтрино от 30 ГэВ-ного протонного синхротрона в 1-РА11С. Нейтрино рождаются в результате раснадов в основном пионов и каонов, последние рождаются при взаимодействии протонов с графитовой мишенью. Дальним детектором является водный черен-ковский детектор Супер-Каимоканде, длина базы составляет 295 км. Схема эксперимента представлена на рис. 1. Основными целями эксперимента является поиск переходов —> ус и определение угла смешивания нейтрино #13, а также прецизионное измерение параметров осцилляций в процессе и^ -> г/^. Ожидается, что при статистике, соответствующей 8х1021 протонов

Рис. 1: Общая схема ускорительного эксперимента Т2К.

на мишени (p.o.t.), для вул удастся примерно в 20 раз превзойти ограничение эксперимента CHOOZ, а для процесса v^ —> vм достигнуть точности: , S(Am2atm) ~ 10"4 эВ2 и ¿(sin2 29atm) ~1% (90% C.L.).

Ключевой особенностью эксперимента Т2К является использование так называемой «вне-осевой» концепции пучка. При нулевом угле в относительно оси протонного пучка энергия нейтрино пропорциональна энергии пиона, таким образом, в этом случае получим широкий энергетический спектр нейтрино, если пучок пионов имеет широкий диапазон энергий. Можно показать, что при угле 0 ~ 7 =7^ практически исчезает зависимость от энергии пиона и мы имеем почти монохроматический пучок мюонных нейтрино, настроенный на осцидяяционный максимум. В Т2К используется «off-axis» угол 2.5°. Максимум энергетического спектра соответствует энергии примерно в 600 МэВ, что соответствует первому максимуму осцилляций для «атмосферных» параметров смешивания нейтрино и длины базы Т2К. Использование «вне-осевой» концепции также позволяет снизить фон для поисков осцилляций. В области энергий Т2К доминирующим процессом являются квазиупругие процессы, идущие через заряженные токи (CCQE), соответствующие лептоны дают искомый сигнал в ближнем и дальнем детекторах эксперимента, С ростом энергии увеличивается доля других каналов взаи- 1 модействия нейтрино, соответствующие процессы являются фоновыми для изучения осцилляций. Заметим также, что с ростом энергии растет' доля ггримеси электронных нейтрино в первичном пучке (распады каонов, большая энергия), эта примесь являются одним из основных источников фона L для поиска vtl —> ие осцилляций. «Вне-осевая» концепция нейтринного пучка имеет, конечно, и обратную сторону: необходимость тщательного монитори-рования параметров пучка нейтрино во время набора статистики. Для измерения параметров осцилляций с заявленной точностью сдвиг положения пика энергетического спектра нейтрино должен быть менее ^г<2%, что со- | ответствует отклонению на угол около 1 мрад. Для измерения параметров нейтринного пучка до процесса осцилляции используются мюонные мониторы, а также комплекс ближних детекторов ND280.

Для изучения осцилляций в Т2К нейтрино детектируются дважды: комплексом ближних детекторов, расположенном на расстоянии 280 м от протонной мишени, и дальним детектором Супер-Камиоканде. Комплекс ближних | детекторов состоит из детектора INGRID (14 модулей, имеющих сандвич-структуру железо-сцинтиллятор, собранных в крестообразную конструкцию,

и также два дополнительных модуля), расположенного на оси пучка, и «вне-осевого» детектора (рис. 2). Основными задачами последнего являются опре-

Рис. 2: Общая схема, «вне-осевого» ближнего нейтринного детектора ND280 Т2К.

деление спектра нейтрино, первичного состава пучка до процесса осцилляции, а также измерение сечений взаимодействия нейтрино с веществом. Детектор состоит из нескольких «внутренних» детекторов, расположенных внутри магнита UA1 (магнитное поле 0.2 Т): электромагнитный калориметр - детектор нейтральных пионов POD, трекер: три время-проекционные камеры ТРС, разделенные высоко сегментированными сцинтилляционными детекторами FGD, электромагнитный калориметр ECal и детектор мюонно-го пробега SMRD, Для представляемого в работе осцилляционного анализа, использовались данные трекера FGD+TPC. Отметим, что для время-проекционных камер при измерении dE/dx разрешение достигает <10% при длине трека более 70 см, что дает возможность разделять электроны и мюо-ны на уровне более для энергий мюонов <1 ГэВ импульсное разрешение а(р)/р составляет около ~ 8%.

Как говорилось выше, в качестве дальнего детектора используется черен-ковский детектор Супер-Камиоканде. Детектор расположен в шахте под горой Камиока (2400 м водного эквивалента) на западе Японии и представляет собой заполненный водой цилиндр, общая масса - 50 кт. Детектор хорошо работает в области энергий Т2К, позволяя с большой эффективностью идентифицировать однокольцевые электронные и мюонные события (вероятность неправильной идентификации частицы составляет около 1%) .

Первый успешный запуск нейтринного пучка Т2К был осуществлен в начале апреля 2009 года. В январе 2010 года Т2К начал набор статистики, на которой основывается представляемый в работе результат исследования нейтринных осцилляций.

Глава 4 посвящена разработке и созданию детектора мюонного пробега SMRD, входящего в состав «вне-осевого» ближнего детектора ND280. Детектор мюонного пробега SMRD был разработан и создан в России, в ИЯИ РАН. Этот детектор является основным вкладом института в эксперимент Т2К. Детектор представляет собой сцинтилляционные счетчики, помещенные в

воздушные прослойки магнита, окружающего детектор N0280. В детекторе используется 2008 индивидуальных счетчиков (4016 каналов), собранных в специальные модули по пять («вертикальные» воздушные прослойки) и по четыре («горизонтальные») штуки.

Основными задачами детектора являются: регистрация мюонов, вылетающих под большими углами к оси нейтринного пучка (эффективность регистрации таких частиц трекером N0280 низка), создание триггера для калибровки внутренних детекторов N0280 с помощью космических мюонов, выполнение функций вето-детектора для учета взаимодействий в стенах детекторной шахты и ярме магнита. 8М1Ш детектор также может использоваться для измерения и мониторирования профиля нейтринного пучка.

В качестве активных элементов ЗМБШ используются экструдированные пластины сцинтиллятора на основе полистирола (рис. 3). Светосбор осу-

Рис. 3: Индивидуальный SMRD счетчик (без светозащитной оболочки). Показаны также основные элементы счетчика.

ществляется с помощью одного спектросмещающего (WLS) оптоволокна, вклеенного в канавки S-формы. Такая структура позволяет эффективно собирать свет со всей поверхности сцинтиллятора, при этом сводя к минимуму чисто используемых каналов. В SMRD счетчиках светосбор осуществляется с двух сторон волокна. В SMRD используются сцинтилляционные пластины двух размеров: 875 х 175 х 7 мм3 («вертикальные») и 875 х 167 х 7 мм3 («горизонтальные»).

Вследствие наличия магнитного поля и ограниченного пространства внутри магнита в качестве фотодетекторов используются многопиксельные лавинные фотодиоды, работающие в ограниченной Гейгеровской моде. Применяются приборы, изготовленные компанией Hamamatsu, Япония. В эксперименте используется около 55000 лавинных фотодиодов (детекторы P0D, ECal, FGD, INGRID, SMRD). Применяются 667-пиксельные лавинные фотодиоды с активной областью 1.3 х 1.3 мм2. Приборы показывают хорошие характеристики при комнатной температуре: эффективность регистрации фо-

тонов зеленого света >25%, низкий уровень шума 0.3-1 МГц, соответствующий рабочему напряжению, усиление ~ 7х 105. Из недостатков стоит назвать достаточно сильную температурную зависимость (~2%/°С для коэффициента усиления), а также наличие так называемых cross-talk'a и послепмпуль-сов (суммарно 10-20%). Для исследования лавинных фотодиодов в большом количестве в ИЯИ РАН была создана экспериментальная база и протестировано около 1600 приборов.

Экструдированныс пластины сцинтиллятора изготавливались на предприятии Унипласт в г. Владимир. Поверхность сцинтиллятора вытравливалась в растворе полистирола для создания тонкого слоя (30—100 мкм) диффузного отражателя (очень хороший контакт между отражателем и сцинтиллято-ром). Стоит отметить хорошую временную стабильность сцинтилляционных пластин.

Приведено описание WLS-метода светосбора. В SMRD счетчиках используются двухслойные оптические волокна Yll(200) компании Kuraray. Диаметр волокна - 1 мм. Процесс изгибания волокна может привести к проблемам в долгосрочной перспективе, были проведены соответствующие исследования. Измерения показали, что используемая конфигурация волокна приводит к незначительному падению сигнала, в среднем на 5% (после прохождения света по волокну), по сравнению с прямым волокном. Дальнейшего уменьшения сигнала не было обнаружено в течение более года непрерывных измерений.

Далее приводится описание сборки индивидуальных SMRD счетчиков. Для дополнителтного увеличения свеговыхода пластины сцинтиллятора с вклеенными оптоволокнами и панелями обернуты слоем Tyvek. Для защиты от света, влаги и механических повреждений при установке счетчики помещены в контейнеры из нержавеющей стали.

Приводится описание тестирования прототипов SMRD-счетчиков и готовых детекторов. Первые прототипы детекторных счетчиков SMRD тестировались на пучке протонов и пионов (1.4 ГэВ/с) в КЕК, Япония. Для тестов использовались фотосепсоры MRS APD. С помощью узкого пучка было проведено сканирование всей поверхности сцинтиллятора. Последующий анализ показал, что наличие световыхода более 12 фотоэлектронов (сумма с двух концов) позволяет достичь эффективности регистрации минимадьно ионизирующих частиц (MIP) более 99%.

На этапах массового производства и установки SMRD счетчиков в магнит готовые детекторы тестировались с помощью косимических мюонов. В эксперименте Т2К планируется набирать статистику в течение около десяти лет, что предъявляет высокие требования к параметрам детекторов. Поэтому во время тестов использовались строгие критерии отбора: суммарный световы-ход более 25 ф.э./М1Р (20 °С), асимметрия сигналов с двух концов счетчика менее 10% (для отбраковки счетчиков с дефектами оптоволокна). Для центра пластины суммарный световыход с двух концов составил 25-50 ф.э./М1Р (без коррекции на cross-talk и послсимпульсы, Т—20-22 °С), наличие такого световыхода позволяет достичь эффективности регистрации MIP более 99%, пространственного разрешения ах < 10 см и временного <rt < 1 не. Разре-

шение главным образом определяется временем высвечивания оптоволокна. Для последнею измеренная величина составила около 12 не.

Массовое производство детекторов началось в декабре 2007 года, а в феврале 2009 все счетчики были доставлены в J-PARC. Установка модулей в магнит была завершена в конце июля 2009 года и в августе детектор был успешно запущен.

В Главе 5 описывается запуск детектора SMRD для набора физических данных, изложен процесс калибровки детектора и представлены его (детектора) параметры. Приведено описание системы сбора данных SMRD и принципа организации космического триггера. В SMRD детекторе для считывания сигнала используется такая же электроника, как и в ряде других детекторов комплекса ND2S0 Т2К, использующих фотосенсоры МРРС (POD, ECal, INGRID): сигнал с МРРС интегрируется и оцифровывается с помощью так называемых TFB («TRIP-t front-end board») модулей. TFB модуль использует стандарт Tttp-t Asie («Application Specific Integrated Circuit», каждая TFB имеет четыре независимых ASIC чипа), разработанный в Fermilab. На каждое срабатывание триггера Trip-t интегрируют сигнал в течении 23 циклов (23 емкости), внутри каждого цикла время интегрирования составляет 480 не, расстояние между циклами интегрирования - 100 не. Время сигнала оцифровывается с размером бипа 2.5 не. Непосредственно система сбора данных использует «фрэймворк» MIDAS («Maximum Integration Data Acquisition System»), который работает под операционной системой Linux и предоставляет ряд стандартных С++/С процедур для «общения» с электроникой.

Для определения световыхода счетчика является необходимым определение коэффициента усиления в каналах ADC («gain») и соответствующего пьедестала. Набор «темновой» статистики осуществляется постоянно вместе с набором физических данных (для данных нейтринного пучка генерация констант калибровки осуществляется каждые три часа). Зная собранный заряд в каналах ADC и величину коэффициента усиления, можно определить число сработавших пикселей МРРС. В идеальном случае число сработавших пикселей Npeu в зависимости от числа фотонов определяется двумя параметрами: квантовой эффективностью - PDE и эффективным числом пикселей NpiX, и может быть представлено как:

», , / X PDE .

< Npeu >= Npix( 1 - ехр(---)). (1)

i'pix

В действительности для учета дополнительных эффектов, таких как «crosstalk» и послеимпульсы, зависимость можно представить в следующем виде:

< Npeu >= fi(dV)(l - (2)

где dV-величина напряжения смещения. Отметим, что так как емкости индивидуальных МРРС весьма схожи между собой, то значение коэффициента усиления может быть использовано для определения напряжения смещения,

то есть фактически можно выполнить температурную коррекцию. Показано, что световыход SMRD счетчиков, остается стабильно высоким в течение времени эксплуатации, измеренный световыход (на MIP) находится в хорошем согласии с данными, полученными при тестовых измерениях.

Процесс моделирования детектора ND280 включает в себя симуляцию «отклика» детекторов и электроники, то есть в итоге как для данных, так и для Монте-Карло результатом является ADC и TDC информация отдельных каналов. Настройка электронной симуляции для SMRD осуществлялась при помощи космических мюонов (нас интересует световыход на MIP). Моделирование также включает в себя учет «темновых» сигналов.

Для временной калибровки детекторов выполняется время-амилитудная коррекция. Для этих целей применялись специальные калибровочные сеансы (коррекция сделана для POD, ECal и SMRD) , во время которых на дискриминатор подавался калибровочный заряд переменной величины. Для учета зависимости временной отметки от амплитуды сигнала использовалась модель зарядки конденсатора. Дополнительные задержки связаны с механизмом высвечивания света волокном. Принимая во внимание экспоненциальную зависимость интенсивности света, можно оценить вероятность того, что n-ный фотон из N будет испущен в момент времени t:

р . esp (zi!±L!i±ii) . (j - exp , (3,

где т ~ 12 не - время высвечивания волокна. Зная величину вероятности можно оценить среднее значение времени прихода в зависимости от величины сигнала (в фотоэлектронах), в также оценить соответствующую неоднозначность.

Представлены результаты контроля работы детектора на нейтринном пучке Т2К: изменение усиления (в каналах ADC), а также положение пиков временных отметок нейтринного пучка в окнах интегрирования электроники во время набора данных. Из представленной информации можно сделать вывод о том, что детектор стабильно работал во время набора статистики, эффективно регистрхфуя события от нейтринных взаимодействий. Из 4016 каналов SMRD какие-либо проблемы были обнаружены для ш 10 каналов (<0.3% !, причины могут быть как в электронике, так и в фотосенсорах; всего один канал полностью не работает). Следует также подчеркнуть, что для примерно 55000 каналов ND280, где используются Hamamatsu МРРС, число отказов за примерно три года, работы составило 0.17%, что безусловно является хорошим показателем стабильности работы приборов.

Также показано распределение числа событий в детекторе (под событием понимается совпадение сигналов с двух концов счетчика) во время набора статистики. Для первого сеанса набора статистики было получено среднее значение: Nhii/10u p.o.t. = 5.93 ± 0.11, для второго Nhit/1014 p.o.t. = 6.12 ± 0.07. Приведены результаты измерения профиля пучка (число сработавших счетчиков в зависимости от расстояния от оси пучка нейтрино).

В Главе 6 дано описание алгоритмов реконструкции событий в детекторе

SMRD. Так как в индивидуальных SMRD детекторах съем сигнала осуществляется с двух сторон пластины, то используя разницу по времени двух сигналов и эффективную скорость распространения света, можно определить координату события вдоль счетчика. Используемый алгоритм основан на Байесовском методе с использованием разности временных отметок сигналов с двух сторон SMRD счетчика и асимметрии сигналов п(ф. г/2) = Здесь используется двухступенчатый метод: начинаем с равномерной вероятности распределения событий вдоль счетчика, далее последовательно включаем в рассмотрение асимметрию сигналов и после разность времен прихода. Объединяя указанным выше образом сигналы с двух концов счетчика, получаем «восстановленный» сигнал («хит»), эти хиты используются в дальнейшей реконструкции треков.

Далее рассмотрен алгоритм согласования событий в SMRD детекторе с треками из внутренней части ND280. ND280 для «сшивки» треков используется итерационный алгоритм фильтров Калмаиа (для реконструкции событий в ND280 применяется набор «инструментов» RECPACK). Для согласования SMRD событий с треками из внутренней части ND280 используется два метода: основным является последовательная фильтрация отдельных индивидуальных хитов в SMRD, в дополнение к этому используется также «сшивка» восстановленных индивидуальных SMRD треков с «внутренними». Отметим, что наряду с геометрической используется также и временная информация - At,(track — hit,) < 200 не (большой интервал взят для учета возможных проблем синхронизации между детекторами). Подчеркнем, что в первом методе мы имеем возможность работать даже с одиночными хитами в SMRD, в случае же использования индивидуальных SMRD треков требуется как минимум два хита. В дальнейшем полученный «суммарный» трек фитируется с помощью фильтров Калмана. Представлены результаты изучения эффективности «сшивки» с использованием Монте-Карло моделирования (мюоны). Показано, что даже одиночные хиты «сшиваются» с хорошей эффективностью (90%), в других случаях эффективность близка к 99%. Полнота включения хитов (отношение числа SMRD хитов, включенных в трек к общему числу мюонных хитов в SMRD) составляет более 98%.

Хиты в SMRD, которые остаются после процесса «сшивания» с треками из внутренней части ND280, описанного выше, используются для восстановления индивидуальных SMRD треков. Процесс реконструкции начинается с группировки хитов на основе геометрической и временной информации (распознавание образа). Используя сгруппированные хиты, индивидуальные треки восстанавливаются с помощью метода главных компонент (ROOT РСА fit), хлавная компонента выбирается в качестве искомого трека. Далее трек фитируется с помощью алгоритма Калмана для получения соответствующих параметров ковариационной матрицы, которые используются при «сшивке» с другими детекторами ND280. Эффективность восстановления мюонных треков с помощью алгоритма индивидуальной реконструкции в среднем составляет около 95%.

Далее в приводится описание алгоритма анализа событий из трековой чаг

схи ND280 в случае отсутствия или низкого качества информации время-проекционных камер, наличие SMRD компоненты в треке дает указание на его соответствие мюону. Анализ таких событий может быть использован для кросс-проверки результатов измерения спектра нейтрино трековой частью ND280. Для исследования указанных событий использовались данные первого этапа набора статистики (2.93х1019 p.o.t.). Изучалось два класса событий: FGD-SMRD и FGD-TPC-SMRD в случае «низкого качества» ТРС трека (небольшое число хитов). Интерес доя анализа представляли CCQE взаимодействия. Для изучения критериев отбора и сравнения результатов использовались данные нейтринного генератора NEUT. Для событий первого класса (FGD-SMRD) чистота отбора мюонов составила примерно 70%, чистота отбора CCQE событий из эффективного объема FGD (используемся для подавления фона от событий снаружи детектора) - 52%. Во втором случае чистота отбора мюонов - 68% и CCQE событий - 48%.

Для восстановления импульса мюонов учитывались потери энергии в детекторах и окружающем веществе. Для обоих классов событий была получена точность восстановления импульса мюона около 20%. Дополнительно для калибровки метода изучались FGD-TPC-SMRD треки в случае «качественной» информации время проекционных камер, мюоны отбирались на основе данных ТРС, сравнивались импульсы мюонов, восстановленные двумя способами. Как для данных, так и для моделирования было получено хорошее совпадение величин, а также приемлемое значение а в обоих случаях: а ~ 30%.

Для FGD-SMRD класса при анализе экспериментальных данных было отобрано 107 событий. Для отношения ^f^r в результате была получена величина $£^=0.92±0.09 (стат.) . Для FGD-TPC-SMRD треков с «неприемлемой» для анализа информацией время-проекционных камер было отобрано 41 событие. Для отношения ^¡^ имеем в этом случае $^=1.12±0.19 (стат.).

Для FGD-SMRD событий результаты сравнения кинематических параметров (данные-моделнрование) представлены на рис 4.

В заключение сделан вывод, что созданные алгоритмы реконструкции позволяют использовать SMRD для анализа событий из внутренней части ND280. Используя информацию детектора мюонного пробега, можно работать с мюонными треками в отсутствие данных время-проекционных камер.

Глава 7 посвящена осцилляционному анализу. Эксперимент Т2К начал набирать статистику в январе 2010 года. Данные набирались в течении двух сеансов. Первый продолжался с января по июнь 2010 года, второй - с ноября 2010 по март 2011 года. Набор статистики был остановлен в связи со случившимся в Японии сильным землетрясением. Осцилляционный анализ, представляемый в работе, основывается на интегральном потоке 1.43 х 102ü p.o.t. 2% от общего числа событий, которое планируется набрать в эксперименте). Показана стабильность нейтринного пучка Т2К в соответствии с данными мюонных мониторов и детектора INGRID. Дано описание метода изучения нейтринных осцшшяций в Т2К с использованием Far/Near отношения. Осцилляционный анализ нейтринного эксперимента Т2К состоит из

1000 1500 2000 2500 ИиЕпегду (ССОЕ ЭБэитрИоп). МеУ

Рис. 4: Кинематические распределения для ГОО-ЗМГШ треков, восстановление импульса с помощью потерь энергии. Точки - данные нейтринного пучка (показаны статистические ошибки), гистограммы показывают результаты Монте-Карло моделирования пучка: а) -угол относительно оси нейтринного пучка; Ь) - импульс мюона; с) - энергия нейтрино, восстановленная в предположении ССС^Е взаимодействия.

нескольких частей, в конечный результат вносят вклад следующие компоненты, перечисленные ниже.

Предсказание потока нейтрино. Для изучения нейтринных осцилля-ций важно знать потоки нейтрино в ближнем и дальнем детекторах Т2К. Предсказание потока нейтрино в представляемом анализе основывалось на данных измерений мониторов протонного пучка, которые служат основой для моделирования с помощью FLUKA, результаты последнего корректируется с учетом данных эксперимента NA61 в ЦЕРНе (р+С рассеяние), дополнительно (фокусировка горнов, взаимодействия вне мишени) используется моделирование с помощью GEANT3 (GCALOR). Отметим, что в соответствии с результатами моделирования примесь компоненты i/e в первичном пучке составляет ~ 1%.

Учет нейтринных взаимодействий. Эта часть анализа основывается на различных моделях нейтринных взаимодействий, а также на имеющихся экспериментальных данных по измерению сечений взаимодействия нейтрино с веществом. В представленном осцилляциошюм анализе для моделирования нейтринных взаимодействий использовался пакет NEUT. Стоит отметить, что наряду с NETJT в некоторых случаях использовался генератор GENIE, но конечный представляемый результат основан именно на использовании NEUT.

Измерения в ближнем детекторе. Анализ данных ближнего нейтринного детектора ND280 Т2К использует предсказания данных нейтринного пучка и данные по взаимодействиям нейтрино. В настоящем осцилляцпон-ном анализе использовались следующие результаты ближнего детектора: измерение отношения числа (нормировка на число протонов на мишени) нейтринных СС взаимодействий (инклюзивный анализ) для мюонных нейтри-

дЛ'-D.Daiu

но к предсказаниям Монте-Карло моделирования ¿nd.mc , а. также измере-

■'V

ние первичной примеси электронных нейтрино в пучке Т2К. Последнее явилось дополнительной проверкой правильности предсказаний потока нейтрино. Анализ данных ближнего детектора основывался на информации трекера FGD-TPC, критерии отбора были оптимизированы для отбора мюонных (электронных) событий из эффективного объема FGD. Некоторые результат

ты представлены на рис. 5. Для было получено значение:

pjCC,obs

■ NcDGmc = 1.036 ± 0.028(стат.)!^°зу(дет. сист.) ± 0.038(физ. модель). (4) nnd

Для примеси электронных нейтрино оценка составила -j^- < 2% (90% C.L.).

Измерения в дальнем детекторе Т2К Супер-Камиоканде. В дальнем детекторе идентифицируются события от мюонных (электронных) нейтрино путем регистрации мюонов (электронов) от CCQE взаимодействий. Основными источниками фона для поиска г/м —> г/е осциллятщй является примесь ve в первичном пучке, а также взаимодействия, идущие через нейтральные токи (NC) с рождением тт° (в случае неидентификации одного

200 180 160 но 120 100 80 60 «I

I v„ С С QE | vp CC non QE INC |V„CC ; Outside FGD

> M

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Muon Momentum (MeV/c)

Рис. 5: Результаты анализа в ближнем детекторе ND280. Слева: распределение по восстановленному импульсу для событий, прошедших критерии отбора СС событий в ближнем детекторе. Справа: распределение событий по восстановленному импульсу для СС i/c анализа; показана уменьшенная шкала (события в интересующей нас области).

из гамма-квантов). Установленные критерии отбора ve событий позволяют достичь подавления фона от первичной примеси электронных нейтрино на уровне 77% и фона от NC взаимодействий на уровне 99%. Эффективность отбора сигнальных событий составляет 66%. Для v^ —> г/р канала основным источником фона являются СС17Г взаимодействия.

Сравнение экспериментальных данных с предсказаниями моделирования. На основе предсказанного потока нейтрино и с учетом сечений нейтринных взаимодействий вычисляется ожидаемое число событий в детекторе Супер-Камиоканде. Это число нормируется с учетом Data/МО отношения, измеренного в ближнем детекторе. В итоге предсказанное число событий в Супер-Камиоканде представляется следующим образом:

д7ехр/ г\ _ г-псггт атоЬз гЯ>

SK^J) - JND NDJSK/ND

ф N^(sm.'9,Arn2J°JSK)

N%h(r,fND)

(5)

где f, fND, ]'SK - параметры, связанные с систематическими ошибками в определении сечений взаимодействия нейтрино, эффективности ближнего и дальнего детектора соответственно. Член fgKjND определяется ошибкой, связанной с оценкой Far/Near отношения. Член - ошибка нормировки для ближнего детектора. Параметры нейтринных осцилляций извлекаются из сравнения ожидаемого числа событий (здесь варьируются изучаемые ос-цилляционные параметры) с фактически наблюдаемым. Для поиска —> vr переходов ввиду малости набранной статистики используется только число зарегистрированных событий, что касается изучения —> i/ц осцилляций, то здесь используется как измерение числа событий, так и анализ формы энергетического спектра нейтрино. Следует особо подчеркнуть, что использование Far /Near отношения помогает существенно снизить систематику, так, ошибка отношения, связанная с оценкой потока нейтрино, для ve в отсутствие осцилляций составляет 8.5%, тогда как отдельно для числа событий

■ vcFGD i В misid и г

■ v„FGD 4 Out of FGD -i

2000 p 0Л eVic)

в ND280 и SK - около 15%.

Рассмотрены критерии отбора нейтринных событий Т2К в дальнем детекторе Супер-Камиоканде. Показано влияние различных критериев отбора на число событий, приведены источники систематических ошибок и соответствующие величины для оценки числа событий в дальнем детекторе. Дано описание методики оценки осцилляционных параметров, основанной на применении алгоритма Фельдмана-Казинса.

Общие критерии отбора vc и vlt событий в дальнем детекторе: событие отбирается если его временная отметка находится во временном интервале окна нейтринного пучка (-2 - +10 мкс), событие полиостью содержится (FC) в объеме Супер-Камиоканде (детектор разделен на две части: внешний (OD) и внутренний (ID) детекторы, требуется, чтобы восстановленная вершина находилась в ID, и отсутствовала активность в OD), далее используются FCFV события, для которых вершина находится в эффективном объеме (22.5 кт FV, вершина должна быть на расстоянии > 200 см от ближайшей стены ID), среди отобранных выделяются события, имеющие строго одно черепковское кольцо, к последним применяются критерии отбора по типу частицы (кольца), в итоге отобрано 41 событие: 33 мюонного и 8 электронного типа.

Для i//( —> vc переходов анализ начинается с 8 событий, оставшихся после применения базовых «катов». Дополнительные критерии отбора следующие: выделившаяся энергия E,;¡s>100 МэВ (остается 7 событий), отсутствие электронов распада (б событий), инвариантная масса Minv< 105 МэВ (вычисляется в предположении наличия двух колец электронного типа ), восстановленная энергия нейтрино _К„<1250 МэВ (все б событий удовлетворили двум последним требованиям). Таким образом, число отобранных ve событий в дальнем детекторе - Ngfí = 6. Для 613 = 0 ожидаемое число событий (фон + v¡; —> vR переходы, связанные с солнечными параметрами) составило

^sk = 1-5 ± 0.3 (принимая во внимания систематику - Í22 7%)' Вероятность зарегистрировать 6 и более событий составляет 0.7%, что дает результату статистическую значимость на уровне 2.5 а. Для параметра смешивания нейтрино 013 были получены следующие значения (уровнь достоверности - 90%): 0.03 < sin2 2013 < 0.28 для нормальной и 0.04 < sin2 2O13 < 0.34 для обратной иерархии нейтринных масс (при sin2 2023 = 1» Дт|ч = 2.4 х 1СГ 3 эВ2 и Scp = 0 ). Центральная величина - sin2 2д\з = 0.11(0.14) (рис. 6).

Для анализа ull —> v^ переходов (эксперимент «на исчезновение») после «базовых» критериев отбора следуют два дополнительных требования: наличие менее двух электронов распада, а также, чтобы восстановленный импульс мюоиа Ргес>200 МэВ. После применения всех критериев отбора осталось 31 событие. В соответствии c. гипотезой отсутствия осцилляций получаем 104 события (систематика - 1J2 7%^' таким образом, указанная гипотеза исключается на уровне 4.5 а. Также наблюдается искажение энергетического спектра нейтрино, связанное с осцилляциями (рис. 7). Комбинированный анализ, основанный на использовании как числа событий, так и формы энергетического спектра в дальнем детекторе, позволяет установить более строгое ограничение на вероятность отсутствия осцилляций - ~ Ю-10. Для уровня

Рис. 6: Оценка параметров смешивания нейтрино из анализа вероятности —► ие ос-цилляций в Т2К. Область параметров 6ы--бт2 2в\ .\. Показаны значения, лучшим образом описывающее экспериментальные данные (сплошная линия), а также интервалы, соответствующие 68% и 90% уровням достоверности доя нормальной (слева) и обратной (справа) иерархий нейтринных масс. Дт^ = 2.4 х 10~3 эВ2.

2 4 6 8

Тгесопз^йей пеий1по епегду{СеУ)

2 ^

—•— йаи / пот!па! МС

- Ьм1т/пот1па|МС

2 ~4 ' 6 8

№сопх1шс1е<1 п«иЫло впегду(СеУ)

Рис. 7: Слева - энергетический спектр нейтрино в дальнем детекторе; пунктирной линией показан спектр в предположении отсутствия осцилляций; точками показаны экспериментальные данные; также показан результат фитирования экспериментальных данных. Справа - отношение реконструированной энергии нейтрино к предсказаниям Монте-Карло в отсутствие осцилляций.

достоверности 90% C.L. получены следующие значения осцилляционных параметров (в предположении двух нейтринных ароматов): sin2 20'¿:i > 0.85 и 2.1 х Ю-3 < Д/«|3 < 3.1 х Ю-3 эВ2.

В Заключении (Глава 8) приводятся основные результаты работы и выводы, а также выражается благодарность тем, кто оказывал помощь и содействие при проведении работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Ниже представлены основные результаты настоящей работы и соответствующие выводы:

1. Разработан и создан детектор мюонного пробега БМГШ, входящий в состав ближнего нейтринного детектора N0280 эксперимента Т2К. Основными задачами детектора является регистрация мюонов, рожденных при взаимодействиях нейтрино во внутренних детекторах N0280 и вылетающих под большими углами к оси нейтринного пучка, организация космического триггера для калибровки внутренних детекторов N0280, а также подавление фона от взаимодействий нейтрино в стенах детекторной шахты и ярме магнита. Активными элементами детектора являются сцинтилляционные счетчики, помещенные в воздушные прослойки магнита иА1, окружающего детекторы N0280. В индивидуальных БМКО счетчиках, изготовленных на основе экструдированных пластин полистирола, использована оригинальная синусоидальная форма спектро-смещающего оптоволокна, которая позволяет эффективно собирать свет со всей поверхности пластины, сводя при этом число каналов светосбо-ра к минимуму. В ЗМИЮ модулях в качестве фотодетекторов используются лавинные фотодиоды НаташаЬяи МРРС. Для сцинтилляционных счетчиков был получен световыход 25-50 фотоэлектронов (Т=20-25 °С) на минимально ионизирующую частицу, что позволило достичь эффективности регистрации заряженных частиц более 99%. Также получено хорошее пространственное и временное разрешение: ах < 10 см и о^ ~ 1 не.

2. Проведена настройка и успешный запуск ближнего нейтринного детектора N0280 на вне-осевом пучке мюонных нейтрино Т2К. Детектор позволяет регистрировать реакции с участием мюонных и электронных нейтрино, измерять спектр нейтрино пучка до процесса осцилляции. БМГШ детектор, как часть N0280, стабильно работал в течение всего периода набора статистики, эффективно регистрируя нейтринные события. Среднее число событий в детекторе составило шесть на 10м протонов на мишени. Временное распределение событий находится в соответствии с временной структурой пучка Т2К.

3. Разработан алгоритм калибровки и выполнена калибровка SMRD детектора с учетом коррекции на изменение световыхода в зависимости от окружающей температуры. Световыход SMRD счетчиков остается стабильно высоким в течение более трех лет работы детектора в составе комплекса ND280. Выполнена время-амплитудная коррекция временных сигналов (для SMRD детектора, детектора нейтральных пионов и электромагнитного калориметра), а также введена поправка на эффекты, связанные со временем высвечивания оптоволокна. Проведена настройка моделирования отклика SMRD счетчиков. Получено хорошее совпадение экспериментально измеренного световыхода SMRD счетчиков с результатами моделирования.

4. Созданы программные алгоритмы реконструкции событий в SMRD детекторе. Координата вдоль SMRD счетчика восстанавливается с использованием Байесовского подхода, основываясь на разнице по времени между сигналами с двух концов счетчика, а также на асимметрии амплитуд сигналов. Согласование SMRD событий с треками из внутренней части ND280 основано на использовании фильтров Калмана. Алгоритм позволяет эффективно работать даже с теми событиями, которым соответствует один сработавший SMRD счетчик, для таких событий получена эффективность «сшивания» - около 90%, для остальных. - более 97%. В более чем 98% случаев удается учесть все сработавшие SMRD счетчики. Индивидуальные треки в SMRD восстанавливаются при помощи метода главных компонент, одиночные хиты группируются с учетом временной и геометрической информации. Эффективность восстановления трека составляет более 95%.

5. Показана возможность применения SMRD детектора для восстановления треков частиц, вылетающих под большими углами из внутренней части ближнего детектора ND280, когда информация из время-проекционных камер не может быть использована. Наличие трека в SMRD позволяет выделять мюонные события. Алгоритм восстановления импульса мюо-нов, основанный на потерях энергии частицей, позволил получить разрешение по импульсу около 20%. Была получена «чистота» отбора мю-онов на уровне 70%, а также «чистота» отбора событий в трековой части ND280, соответствующих квазиупругим взаимодействиям, идущим через заряженные токи, на уровне ~ 50%. Отношение данных к предсказаниям моделирования составило jfff: = 0.92 ± 0.09 (стат.).

6. В дальнем детекторе Т2К было зарегистрировано шесть электронопо-добных событий, в то время как в соответствии с гипотезой отсутствия i>fí —> ve осцилляций, т.е. 0\:\ = 0, предсказывается 1.5 ± 0.3 события. Статистическая значимость результата составляет 2.5 ст. Для параметра смешивания нейтрино 0y¿ были получены следующие значения (уровнь достоверности - 90%): 0.03 < sin2 20ц < 0.28 для нормальной и 0.04 < sin2 2013 < 0.34 для обратной иерархии нейтринных масс (при sin2 29-^ = 1, Аш|3 = 2.4 х 10~3 эВ2 и &ср = 0 ). Таким образом, в эксперименте

Т2К впервые обнаружены осцилляции vfl —> vc при энергии пучка и длине базы, соответствующих «атмосферным» параметрам, и получено указание на ненулевое значение угла смешивания 0ц.

7. При изучении осцилляций у^ —> в дальнем детекторе зарегистрировано 31 событие, в то время как в предположении отсутствия осцилляций ожидалось 104 события. Этот результат позволяет отвергнуть гипотезу отсутствия осцилляций на уровне 4.5 а. Также наблюдается характерное искажение энергетического спектра нейтрино, связанное с осцилляциями. При использовании модели двух нейтринных ароматов для «атмосферных» параметров осцилляций получены следующие значения: для 90% уровня достоверности sin2 2(923 > 0.85 и 2.1 х 10~3эВ2 < Amlj < 3.1 х 10~яэВ2. Эти значения находятся в хорошем согласии с данными экспериментов Super-Kamiokande и MINOS.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. K.Abe,..., A.Izmaylov et al. T2K Collaboration. The T2I< experiment. Nucl. Instrum.Meth. A659, p. 106-135, 2011.

2. A.O. Измайлов и др. Исследование нейтринных осцилляций в ускорительном эксперименте с длинной базой Т2К. Ядерная физика, тп.75, 2, 2012.

3. А.Измайлов. Первые результаты нейтринного ускорительного эксперимента второго поколения с длинной базой Т2К (Tokai-to-Kamioka). Труды 53-й научной конференции МФТИ, 2010, часть VIII, стр. 243-245.

4. K.Abe,...,A.Izmaylov et al. T2K Collaboration. Measurements of the T2K neutrino beam properties using the INGRID on-axis near detector. arXiv: physics.ins-det/1111.3119, submitted to Nucl. Instr. and Meth. A..

5. A.Vacheret, ..., A.Izmaylov et al. Characterization and Simulation of the Response of Multi Pixel Photon Counters to Low Light Levels. Nucl. Instrum. Meth. A656, p. 69-83, 2011.

6. Измайлов A.O. Исследование нейтринных осцилляций в эксперименте с длинной базой Т2К. Труды седьмой Баксапской молодежной школы экспериментальной и теоретической физики БМШ ЭТФ 2006., Том 2., М. МИФИ, 2007.

7. Yu.Kudenko, ..., A.Izmaylov et al. Study of MRS photodiodes for T2K experiment. PoS PD07, 016, 2006.

8. O.Mineev,..., A.Izmaylov et al. Scintillator counters with multi-pixel avalanche photodiode readout for the ND280 detector of the T2K experiment. Nucl. Instrum. Meth. A577, p. 540-551, 2007.

9. A.Izmaylov et al. Scintillator counters with WLS fiber/MPPC readout for the side muon range detector (SMRD) of the T2K experiment. Nucl. Instrum. Meth. A 623, p. 382-384, 2010.

10. M.Ziembicki,..., A.Izmaylov et al. The SMRD subdetector at the T2K near detector station. Acta Phys. Polon. B, v41r p. 1001-1005, 2010.

11. K.Abe, ..., A.Izmaylov et al. T2K Collaboration. Indication of Electron Neutrino Appearance from an Accelerator-produced Off-axis Muon Neutrino Beam. Phys. Rev. Lett, 107:041801, 2011.

12. A.Izmaylov. New oscillation results from the T2K experiment. arXiv.hep-ex/1112.0273.

Ф-т 60x84/16. Уч.-издл. 1,5. Зак. № 22205. Тираж 100 экз. Бесплатно. Печать цифровая

Издательский отдел Федеральное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 7а

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Измайлов, Александр Олегович

1 Введение

2 Теоретическое обоснование и обзор экспериментальной ситуации

2.1 Нейтрино в Стандартной модели и за ее пределами.

2.2 Феноменология нейтринных осцилляций.

2.3 Эксперименты по изучению нейтринных осцилляций.

2.3.1 Солнечные нейтрино и эксперимент KamLAND.

2.3.2 Осцилляции атмосферных нейтрино

2.3.3 Измерение угла смешивания

2.3.4 Параметры PMNS матрицы и будущее нейтринных экспериментов

3 Эксперимент Т2К

3.1 Цели эксперимента

3.2 Экспериментальный комплекс Т2К.

3.2.1 Нейтринный пучок Т2К

3.2.2 Мюонный монитор MUMON.

3.2.3 Комплекс ближних детекторов ND280+INGRID.

3.2.4 Ближний «вне-осевой» («off-axis») детектор ND

3.2.5 Дальний черенковский детектор Super-Kamiokande.

3.2.6 Статус эксперимента Т2К

4 Детектор мюонного пробега SMRD

4.1 Функции детектора.

4.2 Структура детектора.

4.3 Пластические сцинтилляционные детекторы со спектросмещающими оптическими волокнами.

4.3.1 Пластические сцинтилляторы.

4.3.2 Спектросмещающие оптоволокна и WLS метод светосбора

4.3.3 Лавинные фотодиоды.

4.3.4 Массовое производство индивидуальных SMRD счетчиков

4.4 Измерение параметров индивидуальных SMRD счетчиков.

4.4.1 Тесты на пучке.

4.4.2 Тесты с космическими частицами.

4.5 Сборка SMRD детектора в J-PARC.

5 Запуск, калибровка и параметры ЗМШЭ детектора

5.1 Запуск вМЕШ детектора.

5.1.1 Система сбора данных

5.1.2 Организация космического триггера.

5.2 Калибровка детектора.

5.2.1 Калибровка МРРС. Световыход ЭМГШ счетчиков.

5.2.2 Моделирование «отклика» БМГШ счетчиков.

5.2.3 Время-амплитудная коррекция

5.3 Работа ЭМГЮ детектора на нейтринном пучке Т2К.

6 Реконструкция событий в БМШЭ и использование ЭМШ} для анализа событий в детекторе N

6.1 Реконструкция событий в 8М1Ю

6.1.1 Восстановление координаты вдоль БМГШ счетчика.

6.1.2 Согласование событий в БМГШ с треками из других детекторов N

6.1.3 Реконструкция индивидуальных ЭМЫ) треков.

6.2 Использование БМГШ для анализа событий из трекера (ГСБ-ТРС) N

7 Изучение параметров осцилляций мюонных нейтрино

7.1 Данные, используемые для осцилляционного анализа

7.2 Принцип осцилляционного анализа Т2К.

7.3 Предсказание потока нейтрино.

7.4 Учет сечений взаимодействия нейтрино с веществом.

7.5 Анализ событий в ближнем детекторе N

7.5.1 Инклюзивный анализ взаимодействий мюонных нейтрино, идущих через заряженные токи.

7.5.2 Анализ примеси ие в нейтринном пучке

7.6 Анализ событий в дальнем детекторе Супер-Камиоканде.

7.7 иц —+ осцилляции.

7.7.1 Отбор ие событий в дальнем детекторе.

7.7.2 Ожидаемое число фоновых событий в дальнем детекторе

7.7.3 Результаты осцилляционного анализа.

7.8 1/ух —+ ^ осцилляции.

7.8.1 Отбор и^, событий в дальнем детекторе.

7.8.2 Ожидаемое число событий в дальнем детекторе при отсутствии осцилляций и энергетический спектр нейтрино.

7.8.3 Результаты осцилляционного анализа.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К"

Актуальность темы исследования

В рамках Стандартной модели нейтрино являются безмассовыми частицами, обладают полуцелым спином 1/2, не имеют электрического заряда и взаимодействуют исключительно слабым образом. Существуют три нейтринных аромата: ие, и ит. Экспериментально измеренная ширина распада Ъ° бозона [3] с большой точностью соответствует общему числу различных типов нейтрино равному трем, что подтверждает полноту описания и является одним из основополагающих положений модели. Требование нулевой массы нейтрино в Стандартной модели приводит к отсутствию переходов между различными нейтринными ароматами и сохранению собственных лептонных чисел: Ье, Ь^ и Ьт. Нейтрино также полагаются Дираковскими частицами, то есть нейтрино и антинейтрино соответствующего аромата являются различными частицами. В Стандартной модели нейтрино считаются левыми частицами (значение проекции спина частицы на направление импульса отрицательно), а антинейтрино - правыми. В слабых взаимодействиях участвуют левые нейтрино и правые антинейтрино, что связано с так называемой У-А природой слабых процессов.

Несмотря на то, что предсказания Стандартной модели во многих случаях подтверждаются экспериментально (иногда с крайне высокой точностью в доли процента), очевидно, что эта модель не является «окончательным словом» в физике элементарных частиц, в модели содержится большое количество внешних параметров, а также в модель не включена гравитация. Поиск отклонений от Стандартной модели («новой физики») является активно развивающимся направлением физических исследований последнего времени. Открытие явления нейтринных осцил-ляций, переходов между нейтринными ароматами, в экспериментах с солнечными, атмосферными, реакторными нейтрино, а также в ускорительных экспериментах привело к принципиальному изменению нашего понимания физики нейтрино, так как существование этого явления требует наличия у нейтрино ненулевой массы. Как следует из осцилляций, нейтрино имеют малую, но ненулевую массу, смешиваются, что приводит к несохранению индивидуальных лептонных чисел. Указанный результат явился прямым экспериментальным доказательством существования физики вне рамок Стандартной модели и положил начало изучению этой физики.

• Каково значение величины угла смешивания $13? Пока существует лишь верхнее ограничение на этот параметр (вт2 2#13 < 0.15, 90% С.Ь. [4])? Ненулевое значение в\з является важным для обеспечения возможности экспериментального поиска СР-нарушения в лептонном секторе.

• Результаты экспериментов с атмосферными нейтрино и ускорительных экспериментов показали большое значение угла смешивания #23, то есть наличие полного смешивания. Важным является вопрос, насколько вт2 2023 отличается от единицы?

• Существует ли СР-нарушение в лептонном секторе и чему равна дер? Ответ на этот вопрос важен для понимания механизмов лептогенезиса, а также для понимания роли нейтрино в барионной асимметрии Вселенной.

• Существуют ли переходы в другие, не взаимодействующие слабым образом, стерильные нейтрино? Открытие стерильных нейтрино позволит существенно изменить наше представление о физике слабых взаимодействий, пролить свет на космологический вопрос о наличии темного вещества и проблему генерации нейтринных масс.

• Стоит отметить, что из экспериментов с нейтрино от Солнца вследствие эффекта вещества (МБ\У эффект [5]) нам известен знак разности квадратов масс собственных массовых состояний нейтрино Дт22 = т2 — т2 > 0, в то время как для Ат23 известен только модуль величины, поэтому вопрос об иерархии масс нейтрино также остается открытым.

Найти ответы на некоторые из перечисленных вопросов нейтринной физики, возможно, удастся в ведущихся в настоящее время экспериментах, а также в готовящихся проектах. На сегодняшний день изучение нейтринных осцилляций находится в начале продолжительного этапа прецизионных измерений, одна из центральных ролей в этом процессе отведена ускорительным экспериментам с длинной базой, одним из которых является эксперимент второго поколения Т2К (Тока^о-Катюка) в Японии [6]. Этому эксперименту посвящена настоящая работа.

Цель, научная новизна и методы исследования

Основная задача - это исследование осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте Т2К:

1. Поиск осцилляций i/д —► ve и определение угла смешивания #13. Это последний на сегодняшний день неизмеренный угол смешивания нейтрино, для которого существует лишь верхнее ограничение, полученное в экспериментах CHOOZ [7] и MINOS [8].

2. Изучение осцилляций —» и^ и прецизионное измерение параметров смешивания #23 и Атогз

Эксперимент Т2К - это нейтринный ускорительный эксперимент второго поколения с длинной базой. В эксперименте используется два детектора: ближний, на расстоянии 280 м от протонной мишени (ND280), и дальний - водный черенков-ский детектор Супер-Камиоканде (Super-Kamiokande). Длина базы эксперимента составляет 295 км. Принципиально новым подходом является использование так называемой «вне-осевой» («off-axis») концепции нейтринного пучка. Нейтрино детектируются под небольшим углом к оси протонного пучка (2.5°), что позволяет работать с практически монохроматическим пучком нейтрино, настроить энергию пучка на осцилляционный максимум, подавить фон от примеси электронных нейтрино в первичном пучке и от взаимодействий нейтрино, идущих через нейтральные токи.

Практическая ценность

В эксперименте Т2К получено указание на наличие ненулевого угла смешивания нейтрино 6\z- Этот результат имеет важное значение для разработки теоретических и феноменологических конструкций физики нейтрино, а также для дальнейшего развития экспериментального исследования осцилляций, так как открывается возможность экспериментального исследования CP-нарушения в лептонном секторе в ускорительных экспериментах. В Т2К также впервые использована концепция «вне-осевого» пучка нейтрино, которая позволяет работать практически с монохроматическим пучком с энергией, настроенной на осцилляционный максимум. Так, осцилляции мюонных нейтрино в процессе и^ —> и^ (эксперимент «на исчезновение») были надежно подтверждены в Т2К за короткое время набора данных с использованием небольшой статистики. Успешное применение методики «вне-осевого» пучка в Т2К позволяет начать его широкое использование в других ускорительных нейтринных экспериментах, что даст возможность существенно улучшить точность измерений.

Практическую ценность представляет также разработанная в ИЯИ РАН экспериментальная база для создания детекторов и методика тестирования сцинтилля-ционных детекторов и их отдельных компонентов (в большом количестве): оптово-локон, сцинтилляционных пластин, лавинных фотодиодов. Следует отдельно отметить, что в ближнем детекторе Т2К впервые в большом количестве в качестве фотодетекторов успешно использовались многопиксельные лавинные фотодиоды, накоплена статистика по более чем 55000 каналам в течение 3 лет измерений. В настоящее время применение этих приборов в различных экспериментах становится все более широким.

Несомненной практической ценностью также обладают созданные алгоритмы калибровки и реконструкции событий, т.к. они имеют существенное значение для восстановления событий в ближнем детекторе N0280 Т2К, а также могут использоваться при создании новых детекторов нейтрино.

Личный вклад

Автор принимал участие на всех этапах подготовки и проведения эксперимента:

• внес вклад в разработку, создание и тестирование прототипов, а также индивидуальных счетчиков детектора мюонного пробега 8М1Ю в ИЯИ РАН и Японии,

• принимал активное участие в запуске детектора ЭМГШ и настройке его на космических мюонах и нейтринном пучке,

• осуществлял контроль за функционированием детектора во время набора физических данных и выполнял роль эксперта по работе ЭМГШ детектора,

• создал ряд алгоритмов, используемых для калибровки детектора ЭМШ), а также детектора нейтральных пионов и электромагнитного калориметра N0280, выполнил настройку моделирования «отклика» индивидуальных ЗМШЭ счетчиков,

• внес вклад в разработку алгоритмов реконструкции событий в детекторе N0280; был одним из создателей компьютерного кода для реконструкции событий в 8МРШ детекторе, также создал алгоритм согласования отдельных событий в БМГШ с треками из внутренней части N0280,

• создал алгоритм анализа событий с использованием ЭМГШ детектора при отсутствии информации время-проекционных камер,

• внес вклад в анализ спектра нейтрино в ближнем нейтринном детекторе N0280; результат используется для осцилляционного анализа Т2К.

Положения, выносимые на защиту

1. Разработка и создание детектора мюонного пробега БМГШ для ближнего нейтринного детектора N0280 эксперимента Т2К. Исследование параметров

SMRD счетчиков, изготовленных на основе экструдированных пластин стин-циллятора, со спектросмещающими оптоволокнами и микропиксельными лавинными фотодиодами. Запуск ближнего нейтринного детектора ND280 Т2К на пучке мюонных нейтрино.

5. Обнаружение uß —► ve осцилляций в нейтринном ускорительном эксперименте Т2К и измерение угла смешивания нейтрино

6. Измерение параметров нейтринных осцилляций в процессе utl —► vß (эксперимент «на исчезновение») с использованием «вне-осевого» пучка мюонных нейтрино в эксперименте Т2К.

Апробация работы

Непосредственно по материалам диссертации опубликовано 12 работ (8 в реферируемых журналах): [6,71,72,75,82,88,94,96,99,104,153,154]. Результаты исследований были представлены автором в виде докладов на следующих конференциях:

1) «The 1st International Conference on Technology and Instrumentation in Particle Physics», TIPP09, Цукуба, Япония, 12-17 марта 2009,

3) «International Neutrino Summer School», INSS 2010, Йокогама-Токай, 23-31 августа 2010 г., Япония,

4) « 11th International Workshop on Next Generation Nucleón Decay and Neutrino Detectors», 11th NNN Workshop, Тояма, Япония, 13-16 декабря 2010 г.,

5) 15-я Ломоносовская конференция по физике элементарных частиц, МГУ, Москва, 18-24 августа 2011 г.,

6) 53-я научная конференция МФТИ, г.Долгопрудный, 24-29 ноября 2010 г.,

7) 7-я Баксанская молодежная школа экспериментальной и теоретической физики (БМШ ЭТФ 2006), 22 - 27 октября 2006 г.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из Введения, 6 Глав и Заключения. Во Введении излагаются цель и методы исследования; раскрываются актуальность, научная новизна

Заключение диссертации по теме "Физика атомного ядра и элементарных частиц"

Заключение

Открытие и исследование явления нейтринных осцилляций в экспериментах с солнечными и атмосферными нейтрино, а также в реакторных и ускорительных экспериментах привели к существенному пересмотру наших представлений о физике нейтрино, так как дали явное указание на наличие у нейтрино ненулевой массы. На сегодняшний день остается ряд нерешенных вопросов, связанных с осцилля-циями нейтрино: неизвестным остается величина угла смешивания #13, значение СР нарушающей фазы 8с р, является открытым вопрос об иерархии нейтринных масс и существовании стерильных нейтрино. Одним из экспериментов, нацеленных на поиск ответов на поставленные вопросы, является эксперимент Т2К (Токаь (ю-Катюка) в Японии.

Представленная работа посвящена исследованию осцилляций мюонных нейтрино в ускорительном эксперименте с длинной базой Т2К. Основными целями эксперимента являются поиск осцилляций и^ —> ие при энергиях, соответствующих «атмосферным» параметрам осцилляций, и измерение угла смешивания нейтрино 013 с высокой чувствительностью и при большой статистике, а также точное измерение осцилляционных параметров в процессе —► и^. Для выполнения поставленных задач по изучению нейтринных переходов в Т2К используется пучок мюонных нейтрино высокой чистоты и интенсивности. Нейтрино детектируется комплексом ближних детекторов N0280, расположенном на расстоянии 280 м от протонной мишени, и дальним детектором Супер-Камиоканде. Эксперимент начал набирать статистику в январе 2010 года. Осцилляционные результаты, представленные в настоящей работе, основываются на статистике, соответствующей 1.43 хЮ20 протонов на мишени.

Ниже представлены основные результаты настоящей работы и соответствующие выводы:

1. Разработан и создан детектор мюонного пробега ЭМГШ, входящий в состав ближнего нейтринного детектора N0280 эксперимента Т2К. Основными задачами детектора является регистрация мюонов, рожденных при взаимодействиях нейтрино во внутренних детекторах N0280 и вылетающих под большими углами к оси нейтринного пучка, организация космического триггера для калибровки внутренних детекторов N0280, а также подавление фона от взаимодействий нейтрино в стенах детекторной шахты и ярме магнита. Активными элементами детектора являются сцинтилляционные счетчики, помещенные в воздушные прослойки магнита иА1, окружающего детекторы N0280. В индивидуальных БМГГО счетчиках, изготовленных на основе экструдированных пластин полистирола, использована оригинальная синусоидальная форма спектросмещающего оптоволокна, которая позволяет эффективно собирать свет со всей поверхности пластины, сводя при этом число каналов светосбора к минимуму. В ЭМГШ модулях в качестве фотодетекторов используются лавинные фотодиоды Наталией МРРС. Для сцинтилля-ционных счетчиков был получен световыход 25-50 фотоэлектронов (Т=20-25 °С) на минимально ионизирующую частицу, что позволило достичь эффективности регистрации заряженных частиц более 99%. Также получено хорошее пространственное и временное разрешение: ах < 10 см и о* ~ 1 не.

2. Проведена настройка и успешный запуск ближнего нейтринного детектора N0280 на вне-осевом пучке мюонных нейтрино Т2К. Детектор позволяет регистрировать реакции с участием мюонных и электронных нейтрино, измерять спектр нейтрино пучка до процесса осцилляции. БМГТО детектор, как часть N0280, стабильно работал в течение всего периода набора статистики, эффективно регистрируя нейтринные события. Среднее число событий в детекторе составило шесть на 1014 протонов на мишени. Временное распределение событий находится в соответствии с временной структурой пучка Т2К.

3. Разработан алгоритм калибровки и выполнена калибровка ЯМЩ) детектора с учетом коррекции на изменение световыхода в зависимости от окружающей температуры. Световыход ЭМЕГО счетчиков остается стабильно высоким в течение более трех лет работы детектора в составе комплекса N0280. Выполнена время-амплитудная коррекция временных сигналов (для ЭМГШ детектора, детектора нейтральных пионов и электромагнитного калориметра), а также введена поправка на эффекты, связанные со временем высвечивания оптоволокна. Проведена настройка моделирования отклика БМГШ счетчиков. Получено хорошее совпадение экспериментально измеренного световыхода БМГШ счетчиков с результатами моделирования.

4. Созданы программные алгоритмы реконструкции событий в БМГТО детекторе. Координата вдоль 8М1ТО счетчика восстанавливается с использованием Байесовского подхода, основываясь на разнице по времени между сигналами с двух концов счетчика, а также на асимметрии амплитуд сигналов. Согласование БМШ} событий с треками из внутренней части N0280 основано на использовании фильтров Калмана. Алгоритм позволяет эффективно работать даже с теми событиями, которым соответствует один сработавший 8М1ТО счетчик, для таких событий получена эффективность «сшивания» - около 90%, для остальных - более 97%. В более чем 98% случаев удается учесть все сработавшие ЭМШ) счетчики. Индивидуальные треки в 8МГШ восстанавливаются при помощи метода главных компонент, одиночные хиты группируются с учетом временной и геометрической информации. Эффективность восстановления трека составляет более 95%.

5. Показана возможность применения ЭМГШ детектора для восстановления треков частиц, вылетающих под большими углами из внутренней части ближнего детектора N0280, когда информация из время-проекционных камер не может быть использована. Наличие трека в SMRD позволяет выделять мю-онные события. Алгоритм восстановления импульса мюонов, основанный на потерях энергии частицей, позволил получить разрешение по импульсу около 20%. Была получена «чистота» отбора мюонов на уровне 70%, а также «чистота» отбора событий в трековой части ND280, соответствующих квазиупругим взаимодействиям, идущим через заряженные токи, на уровне ~ 50%. Отношение данных к предсказаниям моделирования составило = 0.92 ± 0.09 (стат.).

6. В дальнем детекторе Т2К было зарегистрировано шесть электроноподобных событий, в то время как в соответствии с гипотезой отсутствия —► ие осцилляций, т.е. в\з = 0, предсказывается 1.5 ± 0.3 события. Статистическая значимость результата составляет 2.5 а. Для параметра смешивания нейтрино Ой были получены следующие значения (уровнь достоверности -90%): 0.03 < sin2 2013 < 0.28 для нормальной и 0.04 < sin22013 < 0.34 для обратной иерархии нейтринных масс (при sin2 2б2з = 1, Дт^ = 2.4 х Ю-3 эВ2 и 6ср = 0 ). Таким образом, в эксперименте Т2К впервые обнаружены осцилляции Up —► уе при энергии пучка и длине базы, соответствующих «атмосферным» параметрам, и получено указание на ненулевое значение угла смешивания в13.

7. При изучении осцилляций i/,, -» ^ в дальнем детекторе зарегистрировано 31 событие, в то время как в предположении отсутствия осцилляций ожидалось 104 события. Этот результат позволяет отвергнуть гипотезу отсутствия осцилляций на уровне 4.5 а. Также наблюдается характерное искажение энергетического спектра нейтрино, связанное с осцилляциями. При использовании модели двух нейтринных ароматов для «атмосферных» параметров осцилляций получены следующие значения: для 90% уровня достоверности sin2 2023 > 0.85 и 2.1 х Ю-3 эВ2 < Дш|3 < 3.1 х Ю-3 эВ2. Эти значения находятся в хорошем согласии с данными экспериментов Super-Kamiokande и MINOS.

В заключение автор хотел бы выразить глубокую благодарность своему научному руководителю - Ю.Г. Куденко - за постановку научной задачи, множество полезных наставлений и советов на различных этапах выполнения работы, а также за критические замечания при подготовке настоящей диссертации.

Автор также выражает отдельную благодарность О.В. Минееву за многочисленные плодотворные обсуждения и ценные советы на этапах создания и калибровки детектора мюонного пробега SMRD.

Также автор искренне благодарит за интересную совместную работу и поддержку сотрудников ИЯИ РАН Л.Н.Голышкина, Н.В. Ершова, Ю.В. Мусиенко, М.М. Хабибуллина, А.Н. Хотянцева и А.Т. Шайхиева, а также Т. Вахала, Т. Яно, Р. Сулежа, Ф. Санчеза, А. Сервера, А. Вачерета, Д. Безножко, И.Данко, В.Паолоне и других участников коллаборации Т2К.

В заключение автор также считает важным выразить признательность своей жене - Ю.В. Измайловой - за поддержку и терпение, проявленные в течение выполнения автором научной работы и подготовки диссертации.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Измайлов, Александр Олегович, Москва

1. Particle Data Group. // pdg.lbl.gov.

2. A. Yu. Smirnov. The MSW effect and Solar Neutrinos. // arXiv:hep-ph/0305106.

3. K.Abe, ., A.Izmaylov et al. T2K Collaboration. The T2K experiment. // Nucl.Instrum.Meth., 2011, A659, p. 106-135.

4. M.Apollonio et al. CHOOZ Collaboration. Limits on neutrino oscillations from the CHOOZ experiment. // Phys. Lett. B, 1999, 466, p.415-430.

5. P.Adamson et al. MINOS Collaboration. New Constraints on muon-neutrino to electron-neutrino Transitions in MINOS. // Phys. Rev. D, 2010, 82, 051102.

6. The Pauli Archiv. http://library.web.cern.ch

7. F. Reines and C. Cowan. The Neutrino. // Jr. Nature., 1956, 178, 446.

8. K.Winter (editor). Neutrino Physics. Cambridge Monographs on Particle Physics, Nuclear Physics and Cosmology. 2008.

9. Z.Maki; M.Nakagawa; S.Sakata. Remarks on the Unified Model of Elementary Particles. // Prog. Th. Phys., 1962, 28-5, p 870-880.

10. C.Giunti and Ch.Kim. Fundamentals of Neutrino Physics and Astrophysics. Oxford University Press. 2007.

11. W. Rodejohann. Neutrino-less Double Beta Decay and Particle Physics. // Int. J. Mod. Phys., 2011, E20, p. 1833-1930.

12. C.Giunti, A.Studenikin. Electromagnetic properties of neutrinos. // J.Phys. Conf.Ser., 2010, 203:012100.

13. V.Aseev, .V.Lobashev et al. An upper limit on electron antineutrino mass from TYoitsk experiment. // arXiv:hep-ex/1108.5034

14. Ch. Kraus et al. Final results from phase II of the Mainz neutrino mass searchin tritium /?-decay. // Eur.Phys.J., 2005, C40, p. 447-468.

15. G.Fogli, E.Lisi, A.Marrone, A.Palazzo. Global analysis of three-flavor neutrino masses and mixings. // Prog.Part.Nucl.Phys., 2006, 57, p. 742-795.

16. V. Barger, D. Marfatia, K. Whisnant. Breaking Eight-fold Degeneracies in Neutrino CP Violation, Mixing, and Mass Hierarchy. // Phys.Rev.D, 2002, 65:073023.

17. Wolfenstein. Neutrino oscillations in matter. // Phys. Rev. D, 1978, 17, p. 23692374.

18. S. P. Mikheyev and A. Yu. Smirnov. Resonance enhancement of oscillations in matter and solar neutrino spectroscopy. // Sov. J. Nucl. Phys., 1985, 42, p. 913 -917.

19. S. P. Mikheyev and A. Yu. Smirnov. Neutrino oscillations in variable-density medium and ¿/-bursts due to gravitational collapse of stars. // Sov. Phys. JETP, 1986, 64, p. 4 7.

20. B.Richter. Conventional Beams or Neutrino Factories: The Next Generation of Accelerator-Based Neutrino Experiments. // arXiv:hep-ph/0008222.

21. J.Sato. CP and T violation in long baseline experiments with low energy neutrino. // arXiv:hep-ph/0006127.

22. A. Guglielmi, M. Mezzetto, P. Migliozzi, F. Terranova. Measurement of three-family neutrino mixing and search for CP violation. // arXiv:hep-ph/0508034

23. Б.М.Понтекорво. Мезоний и антимезоний. // ЖЭТФ, 1957, т.ЗЗ, вып.2, С.549-551.

24. Б.М.Понтекорво. Обратные /3-процессы и несохранение лептонного заряда. // ЖЭТФ, 1958, т.34, вып. 1, С.247-249.

25. Б.М.Понтекорво. Электронные и мюонные нейтрино. ¡¡ЖЭТФ, 1959, т.37, вып.б, С.1751-1757.

26. B.Pontecorvo and V.Gribov. Neutrino Astronomy and Lepton Charge. //Phys. Lett., 1969, vol.28B, No.7, p.493-496.

27. R.Davis. A review of the Homestake solar neutrino experiment. /¡Prog. Part. Nucl. Phys., 1994, 32 p. 13-32.

28. John N. Bahcall. How does the Sun Shine?. //SLAC Beam Line 31N1, 2001, p. 2-12.

29. John N. Bahcall. John N. Bahcall, M. H. Pinsonneault, S. Basu. Solar Models: current epoch and time dependences, neutrinos, and helioseismological properties. //Astrophys.J., 2001, 555:990-1012.

30. T.Cleveland et al. Measurement of the Solar Electron Neutrino Flux with the Homestake Chlorine Detector. //Astrophys. J., 1998, 496, 505.

31. J. N. Abdurashitov et al. SAGE Collaboration. Measurement of the Solar Neutrino Capture Rate by the Russian-American Gallium Solar Neutrino Experiment During One Half of the 22-Year Cycle of Solar Activity. //J.Exp. Theor.Phys., 2002, 95:181-193.

32. P.A. Sturrock, D.O. Caldwell, J.D. Scargle. Comparative analysis of Gallex and GNO solar neutrino data. // Astropart.Phys., 2006, 26:174-185.

33. Y. Fukuda et. al. Kamiokande Collaboration. Solar Neutrino Data Covering Solar Cycle 22. //Phys. Rev. Lett., 1996, 77, p. 1683-1686.

34. J.Hosaka et al. Super-Kamiokande Collaboration. Solar neutrino measurements in Super-Kamiokande-I. // Phys.Rev.D, 2006, 73:112001.

35. B.Aharmim et al. SNO Collaboration. Combined Analysis of all Three Phases of Solar Neutrino Data from the Sudbury Neutrino Observatory. //arXiv:nucl-ex/1109.0763.

36. S.Abe et al. KamLAND Collaboration. Precision Measurement of Neutrino Oscillation Parameters with KamLAND. // Phys.Rev.Lett., 2008, 100:221803.

37. T.Schwetz, M.Tortola, J.Valle. Three-flavour neutrino oscillation update. / / arXiv:hep-ph/0808.2016.

38. T.Schwetz, M.Tortola, J.Valle. Global neutrino data and recent reactor fluxes: status of three-flavour oscillation parameters. //New J.Phys., 2011, 13:063004.

39. T. Gaisser. Atmospheric Neutrinos. //AIP Conf.Proc., 2007, 944:140-142.

40. C.Achar et al. Detection of muons produced by cosmic ray neutrinos deep underground. //Phys.Lett., 1965, 18-2, p.196-199.

41. F.Reines et al. Evidence for high-energy cosmic-ray neutrino interactions. //Phys. Rev. Lett., 1965, v.15, p.429-433.

42. S.Hatakeyama et al. Kamiokande Collaboration. Measurement of the flux and zenith-angle distribution of upward through-going muons in Kamiokande II+III. // Phys.Rev.Lett., 1998, 81:2016-2019.

43. Clark, R. et al. 1MB Collaboration. Atmospheric muon-neutrino fraction above 1-GeV. //Phys. Rev. Lett., 1997, 79 345-348.

44. R.Wendell et al. Super-Kamiokande Collaboration. Atmospheric neutrino oscillation analysis with sub-leading effects in Super-Kamiokande I, II, and III. //Phys.Rev.D, 2010, 81:092004.

45. F.Boehm et al. Palo Verde Collaboration. Final results from the Palo Verde Neutrino Oscillation Experiment. //Phys.Rev.D, 2001, 64:112001.

46. K.Abe et al. Super-Kamiokande Collaboration. Solar neutrino results in Super-Karaiokande-III. //Phys.Rev.D, 2011, 83:052010.

47. M.Aglietta et al. NUSEX Collaboration. Experimental study of atmospheric neutrino flux in the NUSEX experiment. //Europhys. Lett., 1989, 8, p. 611-614.

48. C.Berger et al. Frejus Collaboration. Study of atmospheric neutrino interactions with the Frejus detector. //Phys. Lett., B227 489.

49. M. Sanchez et al. Soudan 2 Collaboration. Observation of Atmospheric Neutrino Oscillations in Soudan 2. // Phys. Rev., 2003, D68, 113004.

50. M. Ambrosio et al. MACRO Collaboration. Atmospheric neutrino oscillations from upward throughgoing muon multiple scattering in MACRO. //Phys. Lett., 2003, B566, 35.

51. E.Aliu et al. K2K Collaboration. Evidence for muon neutrino oscillation in an accelerator-based experiment. //Phys.Rev.Lett., 2005, 94:081802.

52. M.Kodorsky et al. MINOS Collaboration. A Study of Muon Neutrino Disappearance Using the Fermilab Main Injector Neutrino Beam. //Phys.Rev.D, 2008, 77, 072002.

53. N. Agafonova et al. OPERA Collaboration. Observation of a first vT candidate in the OPERA experiment in the CNGS beam. //Phys.Lett., 2010, B691, p. 138-145.

54. D.Stefan. ICARUS and Status of Liquid Argon Technology. //arXiv.hep-ex/1110.1652.

55. G.Davies. NOvA: Present and Future. //arXiv:hep-ex/1110.0112.

56. F. Ardellier et al. Double CHOOZ Collaboration. Double CHOOZ: A Search for the Neutrino Mixing Angle 0i3. //arXiv:hep-ex/0606025.

57. J.Ahn et al. RENO Collaboration. RENO: An Experiment for Neutrino Oscillation Parameter 0i3 Using Reactor Neutrinos at Yonggwang. //arXiv:hep-ex/1003.1391.

58. Zhe Wang. Daya Bay Neutrino Experiment: Goal, Progress and Schedule. / / arXiv:physies.ins-det/1109.3253.

59. M.Mezzetto. Next Challenge in Neutrino Physics: the theta(13) Angle. / / arXiv:hep-ph/0905.2842.

60. W.Marciano. Extra Long Baseline Neutrino Oscillations and CP Violation. / / arXiv:hep-ph/0108181.

61. J.Bernabeu, C.Espinoza. CP Violation in Neutrino Oscillations without Antineutrinos: Energy Dependence. //arXiv:hep-ph/0905.2913.

62. S.Geer. Neutrino Beams from Muon Storage Rings: Characteristics and Physics Potential. //Phys. Rev, 1998, D57, p. 6989-6997.

63. P. Zucchelli. A novel concept for a anti-nu/e / nu/e neutrino factory: The beta beam. //Phys.Lett., 2002, B532, p. 166-172.

64. A.Aguilar et al. LSND Collaboration. Evidence for Neutrino Oscillations from the Observation of Electron Anti-neutrinos in a Muon Anti-Neutrino Beam. //Phys.Rev.D, 2001, 64:112007.

65. A.Aguilar-Arevalo et al. MinBOONE Collaboration. Event Excess in the MiniBooNE Search for z7M -»■ i7e Oscillations. //Phys.Rev.Lett., 2010, 105:181801.

66. V.Gavrin et al. Gallium experiments with arti?cial neutrino sources as a tool for investigation of transition to sterile states. //arXiv:nucl-ex/1006.2103.

67. G.Mention. The Reactor Antineutrino Anomaly. /textitPhys.Rev., 2011, D83:073006.

68. A.O. Измайлов и др. Исследование нейтринных осцилляций в ускорительном эксперименте с длинной базой Т2К. 11Ядерная физика, т.75, 2, 2012.

69. А.Измайлов. Первые результаты нейтринного ускорительного эксперимента второго поколения с длинной базой Т2К (Tokai-to-Kamioka). I¡Труды 53-й научной конференции МФТИ, 2010, часть VIII, стр. 243-245.

70. J.Levy. Kinematics of an off-axis neutrino beam. arXiv:hep-ex/1105.0574

71. D.Beavis et al. P889, Long Baseline Neutrino Experiment at the AGS. f/BNL Report No. 52459, 1995.

72. K.Abe,.,A.Izmaylov et al. T2K Collaboration. Measurements of the T2K neutrino beam properties using the INGRID on-axis near detector. / / arXiv:physics.ins-det/1111.3119, submitted to Nucl. Instr. and Meth. A.

73. V. Vuillemin. W± and Z° Production in the UA1 Experiment at the CERN ProtonlJAntiproton Collider. //Annals of the New York Academy of Sciences, 1986, 461-1, p. 99Ц124.

74. P.Astier et al. NOMAD Collaboration. Final NOMAD results on v^ —>• uT and ve —y uT oscillations including a new search for vT appearance using hadronic tau decays

75. D.Karlen et al. Time Projection Chambers for the T2K Near Detectors. / / arXiv:physics.ins-det/1012.0865.

76. S.Fukuda et al. Super-Kamiokande Collaboration. The Super-Kamiokande Detector. //Nucl. Instrum. Meth., 2003, A501, p. 418-462.

77. M.Nakahata et al. Super-Kamiokande Collaboration. Calibration of Super-Kamiokande Using Electron LINAC . //Nucl.Instrum.Meth., 1999, A421, p. 113129.

78. M.Shiozawa. Reconstruction algorithms in the Super-Kamiokande large water Cherenkov detector. //Nucl.Instrum.Meth., 1999, A433, p. 240-246.

79. A.Vacheret,., A.Izmaylov et al. Characterization and Simulation of the Response of Multi Pixel Photon Counters to Low Light Levels. Nucl.Instrum.Meth., 2011, A656, p. 69-83.

80. M.Yokoyama et al. Performance of Multi-Pixel Photon Counters for the T2K near detectors, physics.ins-det/1007.2712.

81. M.Yokoyama et al. Application of Hamamatsu MPPC to T2K Neutrino Detectors. // Nucl. Instr. and Meth., 2009, A610, p. 128-130.

82. Yu.Kudenko et al. Extruded plastic counters with WLS fiber readout . // Nucl. Instr. and Meth., 2001, A469, p 340-346.

83. O.Mineev et al. Photon sandwich detectors with WLS fiber readout. // Nucl. Instr. and Meth., 2002, A494, p 362-368.

84. N.Yershov et al. Long sandwich modules for photon veto detectors. // Nucl Instr. and Meth., 2005, A543, p 454-462.

85. O.Mineev, ., A.Izmaylov et al. Scintillator counters with multi-pixel avalanche photodiode readout for the ND280 detector of the T2K experiment. //Nucl.Instrum.Meth., 2007, A577, p. 540-551.

86. R. Wojcik et al. Embedded wave shifting fiber readout of long scintillators. // Nucl Instr. and Meth., 1994, v A342, p 416-435.

87. A. Aota et al. A scintillating tile/fiber system for the CDF plug upgrade EM calorimeter. // Nucl. Instr. and Meth., 1995, A352, p 557-558.

88. M. Booke et al. Study of the performance of scintillating tiles with WLS fiber readout. // Proc. of the SCIFI Workshop, Notre Dame, USA, 1993, p 492-496.

89. A.Ivashkin et al. Scintillation ring hodoscope with WLS fiber readout. // Nucl Instr. and Meth., 1997, A394, p 321-331.

90. Kuraray Co. Ltd. Scintillation materials catalogue.

91. Измайлов A.O. Исследование нейтринных осцилляций в эксперименте с длинной базой Т2К. // Труды седьмой Баксанской молодежной школы экспериментальной и теоретической физики БМШ ЭТФ 2006., 2007, Том 2., М. МИФИ.

92. G. Bondarenko, V. Golovin, M. Tarasov. Patent for invention in Russia No. 2142175, 1999.

93. Yu.Kudenko,., A.Izmaylov et al. Study of MRS photodiodes for T2K experiment. // PoS PD07, 2006, 016.

94. Yu.Musienko, ., A.Izmaylov et al. Highly sensitive micropixel avalanche photodiodes for scintillation counters of the T2K neutrino experiment. //Instrum.Exp.Tech., 2008, 51, p. 101-107.

95. O.Mineev et al. Scintillator detectors with long WLS fibers and multi-pixel photodiodes. //arXiv:physics.ins-det/1110.2651.

96. A.Izmaylov et al. Scintillator counters with WLS fiber/MPPC readout for the side muon range detector (SMRD) of the T2K experiment. //Nucl.Instrum.Meth.,2010, A623, p. 382-384.

97. A.Vacheret et al. First results of the Trip-t based T2K front end electronics performance with GM-APD. //PoS PD07, 2006, 027.

98. Hirose Electric Co Ltd. //www.hirose.com.

99. J. Estrada, C. Garcia, B. Hoenison, and P. Rubinov. MCM II and the Trip chip. //DO note 4009, Fermilab-TM-2226, 2003.

100. MIDAS (Maximum Integration Data Acquisition System). //http://midas.psi.ch.

101. M.Ziembicki, ., A.Izmaylov et al. The SMRD subdetector at the T2K near detector station. //Acta Phys. Polon. D, 2010, v41, p. 1001-1005.

102. W.Leo. Techniques for Nuclear and Particle Physics Experiments. SpringerVerlag. 1994.

103. M.Haigh, A.Vacheret , F.Retiere , T.Lindner, S.Oser. Monte Carlo simulation of MPPC photosensors for the T2K experiment. //PoS PD09, 2010, 007.

104. R.Fruhwith et al. Data Analysis Techniques for High-Energy Physics. Cambridge Monographs on Particle Physics, Nuclear Physics and Cosmology. 2000.

105. A. Cervera-Villanuevaa, J.J. G?mez-Cadenasb, J.A. Hernandoa. «RecPack» a reconstruction toolkit. . //Nucl.Instrum.Meth., 2004, A534, p 180-183.

106. Moore Neighborhood. //http://mathworld.wolfram.com/MooreNeighborhood.html.

107. C. Holm. ROOT systemYs TPrincipal class documentation. //http://root.cern.ch/root/html526/TPrincipal.html.

108. N.Abgrall et al. NA61/SHINE collaboration. Measurements of Cross Sections and Charged Pion Spectra in Proton-Carbon Interactions at 31 GeV/c. Phys. Rev. C2011, 84:034604.

109. Y. Hayato. NEUT. // Nucl. Phys. D. (Proc. Suppl.J, 2002, 112, 171-176.

110. GENIE Neutrino Monte-Carlo Generator. // www.genie-mc.org.

111. N.Abgrall et al. NA61/SHINE collaboration. //CERN-SPSC-2008-018, 2008.

112. GEANT. Detector Description and Simulation Tool. //www.gean4.cern.ch.

113. The official FLUKA site. //www.fluka.org.

114. R.Feynman. // Phys. Rev. Lett, 1969, 23, 1415-1417.

115. C. Zeitnitz and T. Gabriel. Proc. of International Conference on Calorimetry in High Energy Physics, Tallahasse, FL, USA, February, 1993.

116. I.Chemakin et al. E910 collaboration. Pion Production by Protons on a Thin Beryllium Target at 6.4,12.3, and 17.5 GeV/c Incident Proton Momenta. // Phys. Rev. C, 2008, 77, 015209.

117. C.H. Llewellyn Smith. Neutrino interactions at accelerator energies. // Phys. Rept. C, 1972, 5, 261.

118. R.Smith and E.Moniz. Neutrino interactions on nuclear targets. // Nucl. Phys. B, 1972, 43, 605.

119. A. Bodek, S. Avvakumov, R. Bradford, H. Budd. Extraction of the Axial Nucleon Form Factor from Neutrino Experiments on Deuterium. // J. Phys. Conf. Ser., 2008, 110, 082004.

120. R. Gran et al. K2K Collaboration. Measurement of the quasi-elastic axial vector mass in neutrino-oxygen interactions. // Phys.Rev. D, 2006, 74, 052002.

121. X. Espinal and F.Sanchez. Measurement of the axial vector mass in neutrinocarbon interactions at K2K. AIP Conf. Proc., 2007, 967, p. 117-122.

122. A.Aquilar-Arevalo et al. MiniBooNE Collaboration. // Phys.Rev. D, 2010, 81, 092005.

123. M.Dorman. MINOS Collaboration. Preliminary Results for CCQE Scattering with the MINOS Near Detector. // AIP Conf. Proc., 2009, 1189, p. 133-138.

124. J.Alcaraz-Aunion and J.Walding. SciBooNE Collaboration. Measurement of the f/x-CCQE cross section in the SciBooNE experiment. // AIP Conf. Proc., 2009, 1189, p. 145-150.

125. C. Juszczak. Running NuWro. // Acta Phys. Polon. B, 2009, 40, p. 2507-2513.

126. A. Ankowski and J. Sobczyk. Construction of spectral functions for medium nuclei. // Phys. Rev. C, 2008, 77, 044311.

127. D. Rein and L. Sehgal. Neutrino-excitation of baryon resonances and single pion production . // Annals Phys., 1981, 133, p. 79-153.

128. D. Rein and L. Sehgal. PCAC and the deficit of forward muons in production by neutrinos // Phys. Lett. B, 2007, 657, p. 207-209.

129. A.Rodriguez et al. K2K Collaboration. Measurement of single charged pion production in the charged-current interactions of neutrinos in a 1.3 GeV wide band beam. // Phys. Rev. D, 2008, 78, 022003.

130. A.Aquilar-Arevalo et al. MiniBooNE Collaboration. Measurement of the u^ charged current 7r+ to quasi-elastic cross section ratio on mineral oil in a 0.8 GeV neutrino beam. // Phys. Rev. Lett., 2009, 103, 081801.

131. A.Aquilar-Arevalo et al. MiniBooNE Collaboration. Measurement of f¿¿-induced charged-current neutral pion production cross sections on mineral oil at Ev € 0.5 2.0 GeV // Phys. Rev. D, 2011, 83:052009.

132. NUANCE Neutrino Generator home page.//nuint.ps.uci.edu/nuance.

133. C.Mariani et al. K2K collaboration. Measurement of inclusive 7r° production in the Charged-Current Interactions of Neutrinos in a 1.3-GeV wide band beam. //Phys. Rev. D, 2011, 83:054023.

134. A.Aquilar-Arevalo et al. MiniBooNE Collaboration. Measurement of u^ and ¡7^ induced neutral current single ?° production cross sections on mineral oil at E„ 0(1 GeV). /¡Phys.Rev.D 2010 81:013005.

135. S.Nakayama et al. K2K Collaboration. Measurement of single piO production in neutral current neutrino interactions with water by a 1.3 GeV wide band muon neutrino beam. //Phys.Lett.B, 2005, 619:255-262.

136. Y.Kurimoto et al. SciBOONE Collaboration. Measurement of Inclusive Neutral Current Neutral Pion Production on Carbon in a Few-GeV Neutrino Beam. //Phys.Rev.D, 2010, 81:033004.

137. M.Hasegawa et al. K2K Collaboration. Search for coherent charged pion production in neutrino-carbon interactions. /¡Phys.Rev.Lett., 2005, 95:252301.

138. K.Hiraide et al. SciBOONE Collaboration. Search for Charged Current Coherent Pion Production on Carbon in a Few-GeV Neutrino Beam. //Phys.Rev.D, 2008, 78:112004.

139. Y.Kurimoto et al. SciBOONE Collaboration. Measurement of neutral current coherent neutral pion production on carbon in a few-GeV neutrino beam. //arXiv:hep-ex/1005.0059.

140. M. Gluck, E. Reya, A. Vogt. Dynamical Parton Distributions Revisited. //Eur.Phys. J., 1998, C5:461-470.

141. A.Bodek and U. Yang. Modeling Neutrino and Electron Scattering Inelastic Cross Sections. arXiv:hep-ex/0308007.

142. M.Nakahata et al. Kamiokande Collaboration. Atmospheric Neutrino Background And Pion Nuclear Effect For Kamioka Nucleon Decay Experiment. //J.Phys.Soc.Jap. 1986, 55:3786.

143. T. Sjostrand. High-Energy Physics Event Generation with PYTHIA 5.7 and JETSET 7.4. //Comput. Phys. Commun., 1994, 82, 74.

144. W. Stephen. Cellular Automata and Complexity. Westview Press. 2002.

145. D. Karlen, P. Poffenberger and G. Rosenbaum. TPC performance in magnetic fields with GEM and pad readout. //Nucl. Instr. and Meth., 2005, A555, 80.

146. T. Barszczak. The Efficient Discrimination of Electron and Pi-Zero Events in a Water Cherenkov Detector and the Application to Neutrino Oscillation Experiments. //PhD Thesis , 2005, University of California, Irvine.

147. B.Roe. Probability and Statistics in Experimental Physics. Springer. 1998.

148. G.Feldman and R.Cousins. Unified approach to the classical statistical analysis of small signals. ¡/Phys. Rev. D, 1998, 57, 3873^13889.

149. J. Conrad, O. Botner, A. Hallgren and C. Perez de los Heros. Including systematic uncertainties in confidence interval construction for Poisson statistics. // Phys. Rev. D, 2003, 67, 012002.

150. K.Abe, ., A.Izmaylov et al. T2K Collaboration. Indication of Electron Neutrino Appearance from an Accelerator-produced Off-axis Muon Neutrino Beam. //Phys.Rev.Lett., 2011, 107:041801.

151. A.Izmaylov. New oscillation results from the T2K experiment. //arXiv:hep-ex/1112.0273.

152. S.Baker and R.Cousins. Clarification of the use of CHI-square and likelihood functions in fits to histograms. //Nucl. Instr. and Meth., 1984, v221, 437.

153. P.Adamson et al. MINOS Collaboration. Improved search for muon-neutrino to electron-neutrino oscillations in MINOS. //arXiv:hep-ex/l108.0015.

154. H.Kerret. Double CHOOZ Collaboration. First Results from the Double CHOOZ experiment. Talk given at LowNu Conference, Seoul, South Korea, Nov. 11, 2011.