T2K実験における電子ニュートリノ出現モードの探索による混合角θ13の測定

• Project/Area Number: 11J00727
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理(実験)
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 木河 達也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2013: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: ニュートリノ振動 / T2K実験 / J-PARC / スーパーカミオカンデ / ニュートリノ反応断面積 / ニュートリノ検出器 / MPPC / ニュートリノ反応断面製

Research Abstract

T2K実験は2009年に開始した長基線ニュートリノ振動実験である。茨城県東海村のJ-PARC加速器により生成されたニュートリノを生成点直後にある前置検出器と295km離れたスーパーカミオカンデで観測することによりニュートリノ振動の精密測定を行う。ニュートリノ振動実験においてはニュートリノ反応に対する理解が重要になるため、私は自ら開発、製作したニュートリノ検出器を用いてニュートリノ反応断面積の精密測定を行った。最初に鉄標的と炭素標的における荷電カレント反応断面積とその反応断面積の比を測定した。測定結果はモデル予測とよく一致しており、標的原子核に依存した変則性が測定精度の範囲で存在しないことを確認した。次にT2K実験のニュートリノ振動測定で信号モードとしている荷電カレント準弾性散乱(V_μ+n→μ^-+p)の反応断面積を測定した。測定結果はモデル予測とよく一致していたが、原子核模型としてT2K実験で用いているフェルミガス模型よりスペクトル関数を用いた場合を好む結果が得られた。さらにニュートリノが原子核全体と相互作用する荷電カレントコヒーレントπ生成反応(V_μ+A→μ^-+π^++A' : Aは原子核)の反応断面積を測定した。測定結果は広く用いられているRein-Sehgalモデルによる予測より有意に小さかったが、荷電カレントコヒーレントπ生成反応が存在しない場合の予測より1.5σの超過が見られた。これらの測定と並行してニュートリノ振動解析も行った。T2K実験においてはこれまでミューニュートリノが電子ニュートリノに変化するモードによる混合角θ_<13>の測定とミューニュートリノが、それ以外のニュートリノに変化するモードによる混合角θ_<23>と質量二乗差Δ㎡_<32>の測定の解析を独立に行ってきた。実際にはそれらの測定間には無視できない相関があるため、私は2つのモードを同時にフィットする解析手法を確立し、θ_<13>, θ_<23>, Δ㎡_<32>を正確に測定した。さらにこの解析を原子炉ニュートリノによるθ_<13>の測定結果と組み合わせることによりCP非保存項δ_<cp>に制限を与えた。

Strategy for Future Research Activity

(抄録なし)

Research Products

• [Journal Article] Observation of Electron Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam (2014)
  • Author(s): T2Kコラボレーション
  • Journal Title: Physics Review Letters Volume: 112 Issue: 6 Pages: 61802-61802
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.061802
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurement of the Inclusive NuMu Charged Current Cross Section on Carbon in the Near Detector of the T2K Experiment (2013)
  • Author(s): K. Abe, et al. (T2K Collaboration)
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 87 Issue: 9 Pages: 0920031-20
  • DOI: 10.1103/physrevd.87.092003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Evidence of Electron Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam (2013)
  • Author(s): T2Kコラボレーション
  • Journal Title: Physics Review D Volume: 88 Issue: 3 Pages: 32002-32002
  • DOI: 10.1103/physrevd.88.032002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurement of Neutrino Oscillation Parameters from Muon NeutrinoDisappearance with an Off-axis Beam (2013)
  • Author(s): T2Kコラボレーション
  • Journal Title: Physics Review Letters Volume: 111 Issue: 21 Pages: 211803-211803
  • DOI: 10.1103/physrevlett.111.211803
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] T2K neutrino flux prediction (2013)
  • Author(s): K. Abe, 他T2Kコラボレーション
  • Journal Title: Physics Review D Volume: 87 Issue: 1 Pages: 12001-12034
  • DOI: 10.1103/physrevd.87.012001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Measurements of the T2K neutrino beam propert ies using the INGRID on-axis near detector (2012)
  • Author(s): K. Abe, et al. (T2K Collaboration)
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods A Volume: 694 Pages: 211-213
  • DOI: 10.1016/j.nima.2012.03.023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurements of the T2K neutrino beam properties using the INGRID on-axis near detector (2012)
  • Author(s): K.Abe, et al.(T2K Collaboration)
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods A Volume: (掲載確定)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The T2K Experiment (2011)
  • Author(s): K.Abe, et al.(T2K Collaboration)
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods A Volume: 659 Issue: 1 Pages: 106-135
  • DOI: 10.1016/j.nima.2011.06.067
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Indication of Electron Neutrino Appearance from an Accelerator-Produced Off-Axis Muon Neutrino Beam (2011)
  • Author(s): K.Abe, et al.(T2K Collaboration)
  • Journal Title: Physics Review Letters Volume: 107 Issue: 4 Pages: 41801-41808
  • DOI: 10.1103/physrevlett.107.041801
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First muon-neutrino disappearance study with an off-axis beam (2011)
  • Author(s): K.Abe, et al.(T2K Collaboration)
  • Journal Title: Physical Review D Volume: 85 Issue: 3 Pages: 31103-31110
  • DOI: 10.1103/physrevd.85.031103
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 2K実験、Proton Module検出器を用いたニュートリノ荷電カレント準弾性散乱断面積および荷電カレントコヒーレントπ生成反応断面積の測定結果 (2014)
  • Author(s): 木河達也、池田一得、市川温子、鈴木研人、中家剛、南野彰宏、高橋将太、早戸良成、平木貴宏、黄坤賢、Christophe Bronner、山本和弘、横山将志
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-28
• [Presentation] T2K実験の最新結果と系統誤差5%への道 (2013)
  • Author(s): 木河達也
  • Organizer: 新学術領域「ニュートリノフロンティア」研究会
  • Place of Presentation: クロス・ウェーブ府中
  • Year and Date: 2013-12-07
• [Presentation] T2K実験、Proton Module検出器とINGRID検出器を用いたニュートリノ反応断面積測定の最新結果 (2013)
  • Author(s): 木河達也、池田一得、市川温子、鈴木研人、中家剛、南野彰宏、高橋将太、平木貴宏、黄坤賢、Christophe Bronner、山本和弘、横山将志
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋期大会
  • Place of Presentation: 高知大学
  • Year and Date: 2013-09-22
• [Presentation] T2K実験ビーム中心軸上のニュートリノを用いた鉄と炭素におけるニュートリノ荷電カレント反応断面積比の測定 (2013)
  • Author(s): 木河達也、家城佳、池田一得、市川温子、鈴木研人、中家剛、南野彰宏、村上明、高橋将太、平木貴宏、黄坤賢、Christophe Bronner、山本和弘、横山将志
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学(広島県)
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] T2K実験におけるMPPCの動作状況 (2012)
  • Author(s): 木河達也
  • Organizer: 第4回次世代光センサーワークショップ
  • Place of Presentation: 大阪大学(大阪府)
  • Year and Date: 2012-12-25
• [Presentation] T2K実験ニュートリノモニターINGRIDにおけるイベントパイルアップの解決策とビーム測定の現状 (2012)
  • Author(s): 木河達也、家城佳、池田一得、市川温子、鈴木研人、中家剛、南野彰宏、村上明、高橋将太、黄坤賢、Christophe BroDner、山本和弘、横山将志
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋期大会
  • Place of Presentation: 京都産業大学(京都府)
  • Year and Date: 2012-08-13
• [Presentation] Neutrino beam monitoring with T2K INGRID detector (2012)
  • Author(s): T. Kikawa, C. Bronner, O. Ferreira, M. Gonin. A. Ichikawa. A. Minalino, A. Miirakani. T. Nakaya, B. Quilain, K. Suzuki, K. Yalaoto, M. Yokovaia. for the T2K Collaboration
  • Organizer: XXV InterDational Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Neutrino2012)
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都府)
  • Year and Date: 2012-06-05
• [Presentation] T2Kビーム中心軸上のニュートリノを用いた荷電カレント準弾性散乱断面積の測定 (2012)
  • Author(s): 木河達也, 市川温子, 大谷将士, 鈴木研人, 中嶋一八, 中家剛, 南野彰宏, 村上明, 山本和弘, 横山将志
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] Measurement of neutrino cross section with T2K on-axis neutrino beam (2012)
  • Author(s): T.Kikawa
  • Organizer: GCOE symposium 2011
  • Place of Presentation: Kyoto University
  • Year and Date: 2012-02-14
• [Presentation] 第一回測定器開発優秀修士論文賞受賞講演 (2011)
  • Author(s): 木河達也
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋期大会
  • Place of Presentation: 弘前大学(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-19
• [Presentation] T2K前置ニュートリノ検出器Proton Moduleによるニュートリノ反応断面積の測定 (2011)
  • Author(s): 木河達也, 市川温子, 大谷将士, 鈴木研人, 中嶋一八, 中家剛, 南野彰宏, 村上明, 山本和弘, 横山将志
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋期大会
  • Place of Presentation: 弘前大学
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] Study of neutrino interaction with T2K on-axis neutrino detector Proton Module (2011)
  • Author(s): T.Kikawa, M.Besnier, C.Bronner, O.Ferreira, M.Gonin, A.Ichikawa, A.Minamino, A.Murakami, K.Nakajima, T.Nakaya, M.Otani, J.Pedro, K.Suzuki, K.Yamamoto, M.Yokoyama, for the T2K Collaboration
  • Organizer: XIIIth International Workshop on Neutrino Factories, Super beams and Beta beams (NuFact11)
  • Place of Presentation: Geneva, Switzerland
  • Year and Date: 2011-08-02
• [Presentation] T2K実験新ニュートリノ検出器を用いたニュートリノ反応の研究 (2011)
  • Author(s): 木河達也
  • Organizer: 特定領域研究「フレーバー物理の新展開」研究会2011
  • Place of Presentation: 三重県三重郡菰野町
  • Year and Date: 2011-07-02
• [Remarks]
  • URL: http://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/member/kikawa/research.html
• [Remarks]
  • URL: http://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/member/kikawa/
• [Remarks]
  • URL: http://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/member/kikawa/