CC0pi results from T2K Andy Furmanski NuFact 15 Rio - PowerPoint PPT Presentation

CC0pi ¡results ¡from ¡T2K ¡ Andy ¡Furmanski ¡ NuFact ¡15 ¡– ¡Rio ¡de ¡Janeiro ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 1 ¡

The ¡T2K ¡experiment ¡ • Long-­‑baseline ¡neutrino ¡oscillaFon ¡experiment ¡in ¡Japan ¡ • Runs ¡from ¡J-­‑PARC ¡in ¡Tokai, ¡to ¡Super-­‑Kamiokande ¡ • Primary ¡goal ¡to ¡search ¡for ¡ν μ ¡-­‑> ¡ν e ¡oscillaFons ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 2 ¡

T2K ¡flux ¡predicFon ¡ • T2K ¡uses ¡an ¡off-­‑axis ¡ν μ ¡beam ¡ – Flux ¡Fghtly ¡peaked ¡at ¡0.6 ¡GeV ¡to ¡match ¡oscillaFon ¡peak ¡ • SimulaFon ¡based ¡on ¡FLUKA/GEANT3 ¡ • Hadron ¡producFon ¡predicFons ¡from ¡measurements ¡at ¡ NA61/SHINE ¡at ¡CERN ¡ Flux ¡at ¡280 ¡m ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 3 ¡

ND280 ¡ • Fine-­‑grained ¡ scin%llator ¡target ¡(FGD1) ¡ • Provides ¡vertex ¡resoluFon ¡ • 1 ¡cm ¡x ¡1 ¡cm ¡bars ¡ • Argon ¡gas ¡ TPCs ¡in ¡0.2 ¡T ¡ magnet ¡ • Provides ¡tracking, ¡momentum, ¡ charge ¡ID, ¡and ¡PID ¡ Beam ¡direcFon ¡ • Other ¡features ¡(not ¡used ¡ here): ¡ • Water ¡layers ¡in ¡FGD2 ¡ • Pi-­‑zero ¡detector ¡(P0D) ¡ • Also ¡contains ¡water ¡ layers ¡ • ECal ¡ • Side ¡muon ¡detectors ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 4 ¡

INGRID ¡ • On-­‑axis ¡near ¡detector ¡ • Layers ¡of ¡iron ¡and ¡ scinFllator ¡ • Designed ¡primarily ¡to ¡ monitor ¡beam ¡direcFon ¡ and ¡rate ¡ • Also ¡being ¡used ¡for ¡cross ¡ secFon ¡measurements ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 5 ¡

Data ¡taking ¡periods ¡ • T2K ¡runs ¡2-­‑4 ¡used ¡in ¡ this ¡analysis ¡ • 5.73E20 ¡POT ¡ • Beam ¡direcFon ¡and ¡ rate ¡very ¡stable ¡ [events/1e14 POT] 1.8 1.6 1.4 1.2 Horn250kA 1 Event rate 0.8 Horn205kA Data ¡used ¡for ¡CCQE-­‑like ¡ 0.6 Horn-250kA AnFneutrino ¡ 0.4 [mrad] INGRID 0.5 Horizontal beam direction measurements ¡at ¡ND280 ¡ MUMON mode ¡data ¡ 0 -0.5 -1 1 [mrad] INGRID Vertical beam direction 0.5 MUMON 0 -0.5 T2K Run5 T2K Run6 T2K Run1 T2K Run2 T2K Run3 T2K Run4 May.2014 Oct.2014- Jan.2010-Jun.2010 Nov.2010-Mar.2011 Mar.2012-Jun.2012 Oct.2012-May.2013 -Jun.2014 -1 Day Andy ¡Furmanski ¡ 6 ¡

InteracFons ¡at ¡T2K ¡ • CCQE ¡is ¡by ¡far ¡the ¡dominant ¡interacFon ¡ at ¡T2K ¡energies ¡ ν μ ¡ μ ¡ – 80% ¡of ¡CC ¡events ¡at ¡off-­‑axis ¡flux ¡peak ¡ W ¡ • CCQE ¡assumpFon ¡used ¡to ¡esFmate ¡ neutrino ¡energy ¡for ¡oscillaFon ¡analysis ¡ p ¡ n ¡ 1 ) ) neutrino ¡ anF ¡neutrino ¡ -1 -1 0.35 GeV GeV 2 2 0.3 cm cm 0.8 T2K flux T2K flux -38 CC Total -38 CC Total 0.25 (10 CCQE (10 CCQE MEC MEC 0.6 ν ν CC RES CC RES / E / E 0.2 CC Multi-pi CC Multi-pi σ σ CC DIS CC DIS 0.15 0.4 0.1 0.2 0.05 0 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 E / GeV E / GeV ν ν Andy ¡Furmanski ¡ 7 ¡

� � � � � � On-­‑axis ¡CCQE ¡ • INGRID ¡used ¡to ¡measure ¡ 39 10 CCQE ¡cross ¡secFon ¡with ¡ 16 /neutron) on-­‑axis ¡flux ¡(peak ¡1.5 ¡ SciBooNE 14 MiniBooNE GeV) ¡ NOMAD 12 • 2 ¡bin ¡measurement ¡in ¡ MINER A 2 (cm neutrino ¡energy ¡ 10 CCQE • KinemaFc ¡cuts ¡used ¡to ¡ 8 enhance ¡CCQE ¡purity ¡ One track data 6 Two track data • Sample ¡split ¡into ¡1-­‑ ¡and ¡ Combined data 2-­‑track ¡samples ¡ QE NEUT 2 4 (M =1.21 GeV/c ) A QE GENIE 2 (M =0.99 GeV/c ) A • Large ¡amount ¡of ¡model ¡ NEUT flux average 2 dependence ¡seen, ¡and ¡ GENIE flux average 0 tension ¡between ¡1-­‑ ¡and ¡ 1 1 10 10 E (GeV) 2-­‑track ¡samples ¡ • Perhaps ¡kinemaFc ¡cuts ¡ not ¡well-­‑understood? ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 8 ¡

Off-­‑axis ¡CCQE-­‑like ¡strategy ¡ • Understanding ¡CCQE-­‑like ¡interacFons ¡is ¡criFcal ¡for ¡T2K ¡ • Measurement ¡needs ¡to ¡be ¡model-­‑independent ¡ – Flux ¡integrated ¡ cross ¡secFon ¡measured ¡ – As ¡a ¡funcFon ¡of ¡ measured ¡variables ¡ (muon ¡kinemaFcs) ¡ • No ¡dependence ¡on ¡model ¡to ¡translate ¡to ¡E ν ¡or ¡Q 2 ¡ – Topology-­‑defined ¡signal ¡( CC0pi ) ¡ • No ¡dependence ¡on ¡FSI ¡model ¡ • Two ¡separate ¡analyses , ¡different ¡approaches, ¡serve ¡as ¡ checks ¡of ¡each ¡other’s ¡model-­‑dependence ¡ • For ¡the ¡measurement ¡presented ¡here, ¡FGD1 ¡is ¡used ¡as ¡ the ¡target ¡(CH) ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 9 ¡

SelecFons ¡ • Data ¡quality ¡ ¡ • Every ¡ND280 ¡subdetector ¡must ¡be ¡ funcFoning ¡correctly ¡ • Beam ¡spill ¡must ¡be ¡reported ¡as ¡ good ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 10 ¡

SelecFons ¡ • Data ¡quality ¡ • Highest ¡momentum ¡negaFve ¡track ¡ selecFon ¡ ¡ • Starts ¡in ¡FGD ¡fiducial ¡volume ¡ • Muon ¡candidate ¡defined ¡as ¡ highest ¡momentum ¡negaFve ¡ track ¡ • Must ¡have ¡at ¡least ¡18 ¡TPC ¡hits ¡for ¡ reliable ¡momentum ¡and ¡PID ¡ measurements ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 11 ¡

SelecFons ¡ • Data ¡quality ¡ • Highest ¡momentum ¡negaFve ¡track ¡ selecFon ¡ ¡ • Starts ¡in ¡FGD ¡Fiducial ¡volume ¡ • Broken ¡track ¡cut ¡ • Events ¡where ¡track ¡starts ¡in ¡final ¡2 ¡layers ¡ of ¡FGD1 ¡cannot ¡have ¡another ¡track ¡ ending ¡in ¡the ¡FDG ¡FV ¡ Muon ¡candidate ¡ Entering ¡track ¡ TPC ¡1 ¡ FGD ¡1 ¡ TPC ¡2 ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 12 ¡

SelecFons ¡ • Data ¡quality ¡ • Highest ¡momentum ¡negaFve ¡track ¡ selecFon ¡ ¡ • Starts ¡in ¡FGD ¡Fiducial ¡volume ¡ • Broken ¡track ¡cut ¡ • Muon ¡PID ¡ • dE ¡/ ¡dx ¡measurements ¡in ¡TPC ¡disFnguish ¡ between ¡muons ¡and ¡electrons ¡with ¡high ¡ efficiency ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 13 ¡

SelecFons ¡ • Data ¡quality ¡ • Highest ¡momentum ¡negaFve ¡track ¡ selecFon ¡ ¡ • Starts ¡in ¡FGD ¡Fiducial ¡volume ¡ • Broken ¡track ¡cut ¡ • Muon ¡PID ¡ Analysis ¡I ¡ Analysis ¡II ¡ • Proton ¡topologies ¡ • Pion ¡rejecFon: ¡ • Muon-­‑only ¡ • Pion-­‑like ¡TPC ¡tracks ¡ • Muon ¡+ ¡TPC ¡proton ¡ • Pion-­‑like ¡FGD-­‑only ¡tracks ¡ • Muon ¡+ ¡FGD ¡proton ¡ • Michel ¡electron ¡(delayed) ¡ • TPC ¡proton ¡+ ¡FGD ¡muon ¡ • Electron-­‑like ¡TPC ¡tracks ¡(due ¡to ¡ π 0 ¡decay) ¡ • No ¡dependence ¡on ¡pion ¡rejecFon ¡ • AddiFonal ¡high-­‑angle ¡tracks ¡ • Fully ¡proton-­‑inclusive ¡ • High ¡purity ¡ • Higher ¡efficiency ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 14 ¡

Backgrounds ¡ • Dominant ¡backgrounds ¡are: ¡ – CC1pi ¡with ¡missed ¡pion ¡(low ¡momentum ¡or ¡ high ¡angle) ¡ POT) / 100 MeV 60 – CC ¡π 0 ¡where ¡photons ¡do ¡not ¡convert ¡ Analysis ¡I ¡ 50 – External ¡interacFons ¡in ¡magnet ¡(high ¡angle) ¡ CC1pi ¡control ¡ 40 19 events (57.34 x 10 region ¡ 30 • Analysis ¡I ¡uses ¡2 ¡background-­‑specific ¡selecFons ¡ 20 as ¡constraints ¡(CC1pi, ¡CCDIS) ¡ 10 0 • Analysis ¡II ¡uses ¡external ¡data ¡constraints ¡on ¡ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 muon momentum [GeV] background ¡models ¡ Integral 6.258e+04 POT) / 100 MeV 10000 80 CC-0 π CC-1 π 70 Analysis ¡II ¡ Analysis ¡I ¡ 8000 CC-Other 60 BKG CC0pi ¡ ¡ CCDIS ¡control ¡ External 50 6000 19 events (57.34 x 10 No truth (signal) ¡ 40 region ¡ 4000 30 20 2000 10 0 0 0 2 4 6 8 10 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 muon momentum [GeV] momentum / MeV Andy ¡Furmanski ¡ 15 ¡

Cross ¡secFon ¡extracFon ¡ Analysis ¡I ¡ Analysis ¡II ¡ • Likelihood ¡fit ¡ • Bayesian ¡unfolding ¡ • Simultaneously ¡fit ¡background ¡ • Extract ¡smearing ¡matrix ¡from ¡MC ¡ model ¡parameters ¡and ¡bin-­‑by-­‑bin ¡ • Use ¡prior ¡predicFon ¡to ¡calculate ¡ signal ¡cross ¡secFons ¡ unsmearing ¡matrix ¡ • Apply ¡to ¡data ¡to ¡reveal ¡posterior ¡ predicFon ¡ • Minimise ¡Χ 2 ¡ Background ¡predicFon ¡ Andy ¡Furmanski ¡ 16 ¡