Measurement of neutrino induced charged current neutral pion production cross section at SciBooNE

Resumo

SciBooNE es un experimento de scattering de neutrinos situado en el Booster Neutrino Beamline de Fermilab en Chicago, USA. SciBooNE tomó datos desde junio de 2007 hasta agosto de 2008 para medir con precisión secciones eficaces de neutrinos y de anti-neutrinos en carbono en el rango de energía del neutrino alrededor de 1 GeV. SciBooNE consta de tres detectores: SciBar, un detector de plástico centelleador con alta granularidad capaz de reconstruir trazas de partículas cargadas con alto detalle; el Electron Catcher (EC), un carlorímetro electromagnético utilizado para recuperar la energía de fotones y electrones que escapen de SciBar; y el Muon Range Detector (MRD), que es un detector de muones con capacidad de medir la energía de los muones de hasta 1.2 GeV. La simulación de Monte-Carlo (MC) en la que se apoyan los análisis de SciBooNE está realizada con el generador de eventos de neutrinos NEUT y el software de simulación GEANT4. En esta tesis se presenta el resultado en la medida de la sección eficaz de produción de piones neutros a través de corriente cargada (CC-Pi0) inducida por neutrinos en carbono. Esta interacción está caracterizados por un muón y un pión neutro, el cual se desintegra casi inmediatamente a dos fotones, en el estado final de la interacción. En este trabajo se muestran los pasos dados para alcanzar este resultado. Para este análisis, dado el número de trazas involucradas en los eventos, ha sido necesario introducir mejoras en la los algoritmos de reconstrucción de eventos. La selección de los eventos se ha realizado teniendo en cuenta la eficiencia de selección y la pureza final de la muestra, evaluadas a través del MC. Para evaluar correctamente la relativamente alta componente de background en la muestra final de los datos, ha sido necesario realizar un ajuste del MC a los datos. Finalmente se ha realizado también una evaluación de los errores sistemáticos que pueden afectar a la medida. Se han analizado tres fuentes de errores sistemáticos: las incertidumbres que afectan al haz, las incertidumbres en las interacciones de los neutrinos y las incertidumbres asociadas a la respuesta de los detectores. El resultado del cálculo de la sección eficaz, promediada en energía, de la producción de CC-Pi0 a una energía promedio de 0.89 GeV obtenida en este análisis, junto con los errores sistemáticos calculados, se muestra en esta tesis. Se ha encontrado una buena concordancia entre el resultado del análisis y la predicción del Monte-Carlo. También se ha realizado una comparación del resultado con los resultados previos del experimento MiniBooNE dado que el beam, el blanco del detector principal son similares en los dos experimentos. La comparación muestra que los resultados de ambos experimentos son compatibles entre ellos. Este acuerdo entre los resultados incrementa la confianza en ambos experimentos dadas las diferencias tecnológicas entre los detectores de los dos experimentos. Finalmente, en este análisis se ha estudiado también la cinemática de producción de partículas tanto para muones como para piones neutros en los eventos CC-Pi0 comparándola con la predicción del MC encontrándose un buen acuerdo entre los datos y el MC.