ニュートリノ振動によるニュートリノ質量の精密測定

• Project/Area Number: 14702004
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 素粒子・核・宇宙線
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 中家 剛 京都大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (50314175)
• Project Period (FY): 2002 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥29,120,000 (Direct Cost: ¥22,400,000、Indirect Cost: ¥6,720,000); Fiscal Year 2004: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2003: ¥13,260,000 (Direct Cost: ¥10,200,000、Indirect Cost: ¥3,060,000); Fiscal Year 2002: ¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000)
• Keywords: ニュートリノ / ニュートリノ質量 / ニュートリノ振動 / シンチレータ / フレーバー混合

Research Abstract

本研究の主目的は、K2K実験(つくば-神岡間長基線ニュートリノ振動実験)でニュートリノ振動を観測し、ニュートリノ振動パラメータを測定することにある。特に、長基線加速器ニュートリノ実験の利点である「ニュートリノ質量」、正確には「ニュートリノ質量の二乗差」を精密に決定する。
平成16年度は本研究の最終年度にあたり、これまで収集された全データを解析してニュートリノ振動の証拠を4.0σの優位さで観測した。またニュートリノ質量二乗差をニュートリノ混合角が最大となる点(混合角=45°となる点)で、90%の確率で2.8^<+0.8>_<-0.9>×10^<-3>eV^2と決定した。この測定は、スーパーカミオカンデの大気ニュートリノ測定と同精度で、現時点でもっとも精密な測定である。
また本研究では、平成15年度に建設した新型前置ニュートリノ検出器(SciBar検出器)で収得したデータを解析し、様々なニュートリノ反応の研究を遂行した。特に、ニュートリノ振動解析のインプットとして必要な生成時点でのニュートリノエネルギースペクトラムを、荷電カレント準弾性散乱事象を効率的に選択し高精度で測定した。併せて、ニュートリノ振動解析においてバックグラウンドとなる、非弾性散乱事象の生成断面積を5%の精度で測定し、精密なバックグランド評価を行った。
さらにSciBar検出器のデータを詳細に解析して、低エネルギーニュートリノ・原子核反応で謎であった「前方ミューオン事象の欠損」が荷電カレントコヒーレントπ生成反応の断面積が予想より小さいためであることを発見した。荷電カレントコヒーレントπ生成反応の探索を行い、1GeVニュートリノにおいては生成断面積が理論で予想される25%以下であることも測定した。

Research Products

• [Journal Article] Evidence for Muon Neutrino Oscillation in an Accelerator-Based Experiment (2005)
  • Author(s): E.Aliu, et al.
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. 94 Pages: 81802-81802
• [Journal Article] The K2K SciBar detector (2004)
  • Author(s): K.Nitta, et al.
  • Journal Title: Nucl.Intrum.Meth. A535 Pages: 147-151
• [Journal Article] Search for Electron Neutrino Appearance in a 250 km Long-Baseline Experiment (2004)
  • Author(s): M.H.Ahn, et al.
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. 93 Pages: 51801-51801
• [Journal Article] K2K Experiment (2004)
  • Author(s): T.Nakaya
  • Journal Title: AIP Conf.Proc 689 Pages: 35-52
• [Journal Article] Indications of Neutrino Oscillation in a 250 km Long-Baseline Experiment (2003)
  • Author(s): M.H.Ahn, et al.
  • Journal Title: Phys.Rev.Lett. 90 Pages: 41801-41801
• [Journal Article] FUTURE EXPERIMENTS WITH SUPER NEUTRINO BEAMS. (2003)
  • Author(s): T.Nakaya
  • Journal Title: Nucl.Phys.Proc.Suppl. 118 Pages: 210-219
• [Publications] M.H.Ahn, et al.: "Indications of neutrino oscillation in a 250 km long baseline experiment."Phys.Rev.Lett.. 90. 041801 (2003)
• [Publications] T.Nakaya: "Future Experiments with Super neutrino beams"Nucl.Phys.Proc.Suppl.. 118. 210-219 (2003)
• [Publications] T.Nakaya: "The JHF-Kamioka neutrino experiment"Nucl.Instrum.Meth.. A503. 167-172 (2003)
• [Publications] Y.Fukuda, et al.: "The Super-Kamiokande Detector"Nucl.Instrum.Meth.. A501. 418-462 (2003)
• [Publications] M.H.Ahn et al.: "Indication of neutrino oscillation in a 250km long baseline experiment"Physical Review Letters. 90・4. 041801 (2003)
• [Publications] M.Malek et al.: "Search for Supernova Relic neutrinos at Super-Kamiokande"Physical Review Letters. 90・6. 061101 (2003)
• [Publications] S.Fukuda et al.: "Determination of Solar neutrino oscillation parameters using 1496 days of Super-Kamiokande data"Physics Letters. B539. 179-187 (2002)
• [Publications] S.Fukuda et al.: "Search for neutrinos from Gamma-ray burst using Super-kamiokande"Astrophysical Journal. 578. 317-324 (2002)