Double Chooz Experiment StatusDouble Chooz Experiment Status

Jelena Maricic, Drexel University 

(for the Double Chooz Collaboration)(for the Double Chooz Collaboration)

S t b 27th SNAC11September, 27th, SNAC11

Double Chooz Collaboration

Outline

• Neutrino detection and 13 measurement

O i f th D bl Ch• Overview of the Double Choozdetector

• DC far preliminary data

• Antineutrino anomaly and consequences for Double Chooz

• Summary and outlook

NEUTRINO DETECTION AND 13  MEASUREMENT

Reactor Neutrino Detection Signature• Reactors as neutrino sources:

N 1 6N 1 2 1011P 1 N s1 6NFiss s1 2 1011P s1 Chooz: P =2x4.25 GWth N~2x1021s‐1 th

Neutrino detection via inverse  decay

Target:Distinctive two‐step signature:‐prompt eventPhotons from e+ annihilation

gGd doped scintillator

Photons from e annihilationEe = E+ 0.8 MeV +  O(Ee/mn)

‐delayed eventPh t f t

1 g/l GdPhotons from n capture on    dedicated nuclei (Gd)t ~ 30 s     E ~ 8 MeV

Gadolinium

in LS

J. Maricic‐Double Chooz 5

Gadolinium

Site in French Ardennes300 mwe

Hill topology

East ReactorWest Reactor

Started 12/10West Reactor

Physics data taking 04/11

351 m

465 mFrance 

115 mweFlat topology

6Jelena Maricic, Drexel U

Start  inearly 2013

The ‐ New – Concept – 2 detectorsP(ee) = 1 ‐ sin2(213) sin2(m2

31L/4E)( e e) ( 13) ( 31 / )

Background reductionBackground reduction and calibration arevery important

E = 1‐8 MeVPure e flux

e,,e e,µ,τ

400 mNuclear Power Station Near detector Far detector

1050 m 

7Jelena Maricic, Drexel UFar to near detector signal ratio will give information about θ13

Expected Neutrino Oscillation Signal

Two independent sets of information:

sin2(213)=0 04ars

Two independent sets of information:Normalisation + Spectrum distortion

Far/Near ratiosin (213)=0.04sin2(213)=0.1sin2(213)=0.2

ents/200

 KeV

/3 yea Far/Near ratio 

F D t t ~

Eve

E (MeV)

Far Detector: ~ 40 000events/3y‐Reactor efficiency:   80%

sin2(213)=0.12

m2atm= 3.0 10‐3 eV2

Near Detector: ~ 5 105 events/3yReactor efficiency: 80%

‐Detector efficiency:  80%E (MeV)

J. Maricic‐Double Chooz 8

‐Reactor efficiency:  80%‐Detector efficiency: 80%‐Dead time: 50%

arXiv: hep‐ex/0606025v4

7 m

4 concentric vessels

l7 m Neutrino target vessel in the center

J. Maricic, Drexel U 9

http://doublechooz.in2p3.fr/

Courtesy of T. Lasserre7 m

The detector designNear and far detectors are IDENTICAL.

7 m

Muon Outer‐VETO:

‐catcher: 80% dodecane + 20% PXE Extra volume for interaction

‐target: 80% dodecane + 20% PXE + 0.1% GdVolume for ‐interaction (d = 2.3 m, h = 2.8 m)

Extra‐volume for ‐interaction

ep

Gd

511 keV

511 keVe+

Acrylic vessels  «hardware» definition of fiducial volume

7m

Muon Inner‐VETO: scintillating oil (78 8”PMTs)

Non‐scintillating buffer: same liquid Isolate PMTs from target

n Gd

~ 8 MeV

Shielding: steel 17 cm: >7

Improved background reduction

10

PMT support structure: steel tank, optical insulation target/veto area (390 10” PMTs)Jelena Maricic, Drexel U

Inner Detector

Inner Detector Lid

Background in Double Chooz

Accidental bkg:

• e+‐like signal: radioactivity from• e ‐like signal: radioactivity from materials, PMTs, surrounding rock Rate=Re

• n signal: n from cosmic spallation• n signal: n from cosmic  spallation, thermalized in detector and 

captured on Gd (Rn)

Accidental coincidence Accidental coincidenceRate = Re x Rn x Δt

Correlated bkg:

• fast n (by cosmic ) recoil on p (low energy) and captured on Gd

• long‐lived (9Li, 8He) ‐decaying 

14

isotopes induced by 

Jelena Maricic, Drexel U

CalibrationCHOOZ had a 1 6% absolute detector systematic uncertainty the best to date TotalCHOOZ had a 1.6% absolute detector systematic uncertainty, the best to date. Total uncertainty 2.7%Bugey is the only experiment that has tried to build identical detectors. Result was 2.0% relative error. 5.0% total.D bl Ch l i 0 6% l i i d l h 0 6% lDouble Chooz goal is 0.6% relative uncertainty and less than 0.6% total.

Glovebox Calibration sources:Glovebox‐ Natural H n‐capture peak

‐ Radioactive sources

Fish‐lineBuffer guide tube

‐ Laser and LED system

Articulated ArmGamma‐catcher guide tube

LED systemDeployed in NT and GC: 137Cs, 60Co, 68Ge, 252Cf

Calibration ‐ 68Ge in the guide tubeCalibration  Ge in the guide tube

Blue – MCRed ‐ data

Example of calibration data:68Ge in the guide tube.g

Monte Carlo tuning is ongoing.

DC FAR PRELIMINARY PHYSICS DATADC FAR PRELIMINARY PHYSICS DATA

Data Taking• Data taking with 

far detector started on April 13, 2011

• >100 days yphysics data 

• Trigger rate ~120 HzHz

• Trigger threshold < 0.6 MeV

h• 75% physics runs• 10% calibration 

runs

Muons: rate and coincidenceMuons: rate and coincidence• Inner veto 39 Hz

• Inner detector 11 Hz• Michel electrons from 

stopped muons:• Inner detector 11 Hz stopped muons:• = 2.25  0.13 s

t = time between 2 muons in ms TID – TOD = t = time in s

Muon correlated eventsMuon correlated events

• H ~ 2.2 MeV

• C ~ 3‐5 MeVC   3 5 MeV

• Gd ~ 8 MeV

• Energy calibration is ongoingongoing

Muon correlated neutron capture on HMuon correlated neutron capture on H

• Muoncorrelated neutron capture in

Stable for 120 daysRate < 0.1 Hz

capture in hydrogen energy window

• 1.9 – 2.5 MeV

Neutrino candidates selectionNeutrino candidates selection

1) Apply muon veto cut ~1 ms1) Apply muon veto cut   1 ms2) Prompt energy window 0.7 – 12 MeV‐ singles rate ~10 Hz‐ singles rate  10 Hz

3) Delayed energy window 6 – 12 MeVi l t ~0 1 H‐ singles rate ~0.1 Hz

4) Coincidence window ~ 100 s

Result: neutrino candidates (neutrinos + bkg)

Time and Space Distribution

• Timing distributionTiming distribution between prompt and delayed signal in Gd

i d (6 12energy window (6‐12 MeV)  ~ 30 s.

• Spatial distribution between prompt and d l d i l bdelayed signal – between 20‐30 cm is expected.

Energy spectrum in delayed Gd window

• Energy distribution of delayed signals in the Gd energy window (6‐12 MeV)  peak ~ 8.3 MeV

Position Reconstruction of neutrino d d d l d lcandidates – delayed signal vertex

Gd doped  Gd doped ptarget target

Detector top view Detector side viewGamma catcher

Daily Neutrino RateDaily Neutrino Rate

1 reactor off data

~4000 neutrino candidates in 3 months  already exceeds CHOOZ statistics

Summary and Outlook

• Double Chooz is detecting neutrinos g

• Backgrounds are low

• We will use Bugey‐4 c‐s for normalization 

• Data analysis in progressprogress

• T2K best fit will be Near detector

addresses with this data set