Study of Neutrinos at the High Energy Frontier

• Project/Area Number: 20K23373
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Home-Returning Researcher Development Research)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Mathematics/Physics
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 有賀 昭貴 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (20377922)
• Project Period (FY): 2021-03-12 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥53,820,000 (Direct Cost: ¥41,400,000、Indirect Cost: ¥12,420,000)
• Keywords: ニュートリノ / LHC / フレーバー物理 / 新物理探索

Outline of Research at the Start

本研究にて史上初めて衝突型加速器（コライダー）を用いてニュートリノ研究を行う。世界最大のコライダーであるCERNの大型ハドロンコライダーLHCを用いることにより、過去の加速器実験より一桁高いTeV領域の高エネルギーフロンティアを開拓する。2022年からのデータ取得で約10000事象のニュートリノ反応を見込み、3世代それぞれのニュートリノの生成・伝搬・相互作用をまったく新しい運動学的レジームで解明する。

Outline of Annual Research Achievements

国際共同研究LHC-FASER実験は史上初めて衝突型加速器を用いてニュートリノ研究を行う。本年度はデータ取得の初年度であり、3つの期間に分けてそれぞれFASERnu検出器の日本でのエマルジョン検出器の製作・CERN（ジュネーブ）でのアッセンブリ・データ取得・現像処理を行った。CERNのエマルジョン検出器ファシリティーは改装され、千葉大学は新たに検出器アッセンブル治具、現像時間コントロール、乾燥設備等に貢献した。千葉大学のスタッフ・学生が現地にて参加し、初のデータ取得の試みであったが、予定していた3回とも問題なく行うことが出来た。
現像後のエマルジョン検出器は日本に持って帰り、名古屋大学の飛跡読み取り装置を用いて読み出しを行った。我々は特に運動量測定・レプトン同定を担当し、学生を中心に解析のためのアルゴリズムを作成している。解析は現在進行中であるがすでに電子ニュートリノ反応候補等を検出し、Moriond EW 2023等の国際会議で発表している。さらにFASERのエレクトリック検出器を用いてLHCからのニュートリノの検出を16シグマの統計的優位で報告した。今後データ解析を加速させると共に2025年度までデータ取得を継続する。本年度関連する4本の論文が公開、1本がアクセプトされている。
国際共同研究NA65/DsTau実験はタウニュートリノの生成を研究する実験であり、FASER実験をサポートするデータを提供する。DsTauも本年度9月にデータ取得をCERN-SPSにて行った。関連する1本の論文がアクセプトされた。
高輝度LHCを用いた将来計画（FPF)の推進を行なった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] UCI/UW/UO(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Bern/University of Geneva/CERN(スイス)
• [Int'l Joint Research] JINR(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] Tsinghua(中国)
• [Int'l Joint Research] Liverpool/Royal Holloway(英国)
• [Int'l Joint Research]
• [Int'l Joint Research] University of Bern/University of Geneva/CERN(スイス)
• [Int'l Joint Research] University of California, Irvine(米国)
• [Int'l Joint Research] JINR(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] ISS(ルーマニア)
• [Int'l Joint Research] METU(トルコ)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] The Forward Physics Facility at the High-Luminosity LHC (2023)
  • Author(s): Feng Jonathan L et al.
  • Journal Title: Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics Volume: 50 Issue: 3 Pages: 030501-030501
  • DOI: 10.1088/1361-6471/ac865e
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Embrace through the universe: Sound design with cosmic muons and the parameters of solar wind (2023)
  • Author(s): Tanaka Yuri、Dinulovi Pavle、Kose Umut、Bruckmayr Chris、Ariga Akitaka、Hayakawa Daiki、Okumura Toranosuke
  • Journal Title: Acta Astronautica Volume: 210 Pages: 596-600
  • DOI: 10.1016/j.actaastro.2023.05.020
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First Direct Observation of Collider Neutrinos with FASER at the LHC (2023)
  • Author(s): FASER Collaboration: Henso Abreu, John Anders, Claire Antel, Akitaka Ariga, et al.
  • Journal Title: Physics Review Letters Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Forward Physics Facility: Sites, experiments, and physics potential (2022)
  • Author(s): Anchordoqui Luis A.、Ariga Akitaka、et al.
  • Journal Title: Physics Reports Volume: 968 Pages: 1-50
  • DOI: 10.1016/j.physrep.2022.04.004
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The tracking detector of the FASER experiment (2022)
  • Author(s): Abreu Henso、Yosuke Takubo, et. al.
  • Journal Title: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment Volume: 1034 Pages: 166825-166825
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.166825
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Tau neutrinos in the next decade: from GeV to EeV (2022)
  • Author(s): Roshan Mammen Abraham, Tomoko Ariga, et al. (alphabetical order)
  • Journal Title: Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics Volume: 49 Issue: 11 Pages: 110501-110501
  • DOI: 10.1088/1361-6471/ac89d2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Studying neutrinos at the LHC: FASER and its impact to the cosmic-ray physics (2021)
  • Author(s): Ariga Akitaka et al. (FASER Collaboration)
  • Journal Title: PoS ICRC2021 (2021) Volume: 2021 Pages: 1025-1025
  • DOI: 10.22323/1.395.1025
• [Journal Article] First neutrino interaction candidates at the LHC (2021)
  • Author(s): T. Ariga, T. Nakano, H. Rokujo, O. Sato et al. (FASER Collaboration)
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 104 Issue: 9 Pages: 091101-091101
  • DOI: 10.1103/physrevd.104.l091101
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Muon tomography in geoscientific research A guide to best practice (2021)
  • Author(s): Lechmann Alessandro、Mair David、Ariga Akitaka、Ariga Tomoko、Ereditato Antonio、Nishiyama Ryuichi、Pistillo Ciro、Scampoli Paola、Schlunegger Fritz、Vladymyrov Mykhailo
  • Journal Title: Earth-Science Reviews Volume: 222 Pages: 103842-103842
  • DOI: 10.1016/j.earscirev.2021.103842
• [Presentation] Neutrinos at the LHC: FASERnu and SND@LHC (2023)
  • Author(s): 有賀昭貴
  • Organizer: CERN Neutrino Platform Pheno Week 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] FASERν検出器及びFPFのためのミューオンフラックス測定 (2023)
  • Author(s): 金井巧
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] NA65/DsTau実験におけるチャーム粒子解析に向けた原子核乾板の性能評価 (2023)
  • Author(s): 三浦 真登
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] NA65/DsTau実験における2022年ラン報告と2023年ランの準備状況 (2023)
  • Author(s): 奥村虎之介
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] FASERν 検出器のアライメントと荷電粒子の運動量測定 (2023)
  • Author(s): 奥井一暁
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] FASERν検出器での相対位置法による運動量測定 (2023)
  • Author(s): 藤森春陽
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] FASERν検出器におけるニュートリノ測定に向けたミューオン識別手法の開発 (2023)
  • Author(s): 野中元哉
  • Organizer: 日本物理学会2023年春季大会
• [Presentation] Far forward hardon production studies with neutrinos at the LHC (FASERnu); light hadrons and charm (2022)
  • Author(s): 有賀昭貴
  • Organizer: 3rd Workshop for Atmospheric Neutrino Production in the MeV to PeV range (WANP2022)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Status of FASERν towards the LHC Run 3 (2022)
  • Author(s): 早川大樹
  • Organizer: NEUTRINO 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Report of 2021 Physics Run of the NA65/DsTau Experiment (2022)
  • Author(s): 奥村虎之介
  • Organizer: NEUTRINO 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] タウニュートリノ生成の研究(NA65/DsTau実験) (2022)
  • Author(s): 三浦 真登
  • Organizer: 日本写真学会年次大会
• [Presentation] 世界最高エネルギー衝突型加速器LHCでのニュートリノ測定 (2022)
  • Author(s): 早川大樹
  • Organizer: 日本写真学会年次大会
• [Presentation] 写真用暗室の構築 (2022)
  • Author(s): 久下謙一
  • Organizer: 日本写真学会年次大会
• [Presentation] FASERν検出器のアライメント精度の研究 (2022)
  • Author(s): 奥井一暁
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] LHC Run 3 における高エネルギーニュートリノ測定に向けたFASERν検出器のアセンブリ (2022)
  • Author(s): 早川大樹
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] NA65/DsTau実験2022年ラン報告と2023年ラン準備状況 (2022)
  • Author(s): 奥村虎之介
  • Organizer: 日本物理学会秋季大会
• [Presentation] High-energy neutrino measurements with FASERν at the LHC (2022)
  • Author(s): 早川大樹
  • Organizer: NuInt 2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NA65/DsTau実験2022年ラン報告と2023年ラン準備状況 (2022)
  • Author(s): 奥村虎之介
  • Organizer: 画像関連学会連合秋季大会
• [Presentation] FASERnu -- neutrinos at the LHC (2022)
  • Author(s): Akitaka Ariga for FASER Collaboration
  • Organizer: MORIOND EW 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] FASERnu (2022)
  • Author(s): Daiki Hayakawa for FASER Collaboration
  • Organizer: Lake Louise Winter School 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 400GeV陽子反応によるタウニュートリノ生成研究 NA65/DsTau2018年・2021年データ解析状況 (2022)
  • Author(s): 佐藤修, 有賀昭貴, 有賀智子, 早川大樹, 金井巧, 小松雅宏, 三浦真登, 中野敏行, 奥井一暁, 奥村虎之介, 六條宏紀, 吉田純也, 吉本雅浩
  • Organizer: 日本物理学会 2022年年次大会
• [Presentation] NA65/DsTau実験 2021年物理ランの報告 (2022)
  • Author(s): 三浦真登, 有賀昭貴, 有賀智子, 早川大樹, 金井巧, 小松雅宏, 佐藤修, 中野敏行, 奥井一暁, 奥村虎之介, 六條宏紀, 吉田純也, 吉本雅浩
  • Organizer: 日本物理学会 2022年年次大会
• [Presentation] FASER実験の準備状況と展望 (2022)
  • Author(s): 有賀昭貴, 有賀智子, 早川大樹, 稲田知大, 金井巧, 久下謙一, 三浦真登, 中野敏行, 奥井一暁, 奥村虎之介, 音野瑛俊, 六條宏紀, 佐藤修, 田窪洋介, 他 FASER Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会 2022年年次大会
• [Presentation] FASERnu検出器の性能評価とLHCトンネル内でのバックグラウンド測定 (2022)
  • Author(s): 金井巧, 有賀昭貴, 有賀智子, 早川大樹, 稲田知大, 久下謙一, 三浦真登, 中野敏行, 奥井一暁, 奥村虎之介, 音野瑛俊, 六條宏紀, 佐藤修, 田窪洋介, 他 FASER Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会 2022年年次大会
• [Presentation] Studying neutrinos at the LHC: FASER and its impact to the cosmic-ray physics (2021)
  • Author(s): Akitaka Ariga for FASER Collaboration
  • Organizer: ICRC2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] FASER実験：LHC-Run3に向けた最新状況と将来計画 (2021)
  • Author(s): 音野瑛俊, 有賀昭貴, 有賀智子, 稲田知大, 中野敏行, 六條宏紀, 佐藤修, 田窪洋介 他FASER Collaboration
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [Presentation] タウニュートリノ生成研究DsTau実験(CERN NA65)報告 (2021)
  • Author(s): 佐藤修, 小松雅宏, 中野敏行, 六條宏紀, 臼田育矢, 有賀智子, 吉本雅浩, 吉田純也, 有賀昭貴, 奥井一暁, 奥村虎之介, 金井巧, 三浦真登
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [Presentation] NA65/DsTau実験2021年ランの準備状況 (2021)
  • Author(s): 奥村虎之介, 有賀昭貴, 奥井一暁, 金井巧, 三浦真登, 佐藤修, 小松雅宏, 中野敏行, 六條宏紀, 臼田育矢, 有賀智子, 吉本雅浩, 吉田純也
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [Presentation] LHC-FASER実験用シリコン検出器のコミッショニング状況とアップグレード計画 (2021)
  • Author(s): 田窪洋介, 有賀昭貴, 有賀智子, 稲田知大, 中野敏行, 音野瑛俊, 六條宏紀, 佐藤修
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [Presentation] LHC-FASER実験用シリコン検出器の性能評価 (2021)
  • Author(s): 稲田知大, 有賀昭貴, 有賀智子, 中野敏行, 音野瑛俊, 六條宏紀, 佐藤修, 田窪洋介, 他 FASER collaboration
  • Organizer: 日本物理学会 2021年秋季大会
• [Book] Cosmic Ray Muography (2023)
  • Author(s): Paola Scampoli and Akitaka Ariga
  • Total Pages: 308
  • Publisher: World Scientific
  • ISBN: 9789811264924
• [Remarks] 千葉大学素粒子実験研究室ホームページ
  • URL: http://physics.s.chiba-u.ac.jp/lepp/
• [Remarks] リサーチマップ 有賀昭貴
  • URL: https://researchmap.jp/akitaka.ariga
• [Remarks] FASER Japan
  • URL: https://faser-japan.org/
• [Remarks] 千葉大学素粒子実験研究室
  • URL: http://physics.s.chiba-u.ac.jp/lepp/