T2K実験の新型前置検出器を用いた電子ニュートリノ反応断面積の測定

Research Project

Project/Area Number	22K14049
Research Category	Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	中桐洸太東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10847247)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000) Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000) Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Keywords	ニュートリノ反応断面積 / ニュートリノ / CP対称性 / ニュートリノ反応 / 粒子測定器
Outline of Research at the Start	宇宙が物質ばかりで構成され反物質がほとんど存在しないという非対称性を生み出したメカニズムは謎に包まれている。ニュートリノでの粒子と反粒子の対称性(CP対称性)の破れの発見とその詳細な理解はその解明の重要な鍵となる。 T2K実験でのニュートリノ振動測定によりCP対称性の破れの発見まであと一歩のところまで来ているが、電子ニュートリノ反応に関わる系統誤差の評価において現状の評価方法では不十分な点があり、このままではニュートリノCP対称性破れの発見の主張に際して懸念を残す可能性がある。本研究では改良されたT2K前置検出器を使い、電子ニュートリノ反応を測定することで上記の系統誤差の妥当性を検証する。
Outline of Annual Research Achievements	ニュートリノでの粒子と反粒子の対称性(CP対称性)の破れの検証は、宇宙において物質ばかりが存在し、反物質がほとんど存在しないという非対称性を生み出したメカニズムを解明する重要なカギとなると期待されており、素粒子物理学にとっての大きな課題である。私が現在行なっているT2K実験でのニュートリノ振動測定により、ニュートリノでのCP対称性の破れの発見まであと一歩のところまで来ているが、そこで重要になる電子ニュートリノ反応に関わる系統誤差の評価において、現状の評価方法では不十分な点がある。本研究では改良されたT2K前置検出器を使い、電子ニュートリノ-原子核反応断面積を測定することによって上記の系統誤差の妥当性を検証することを目指している。新型前置検出器SuperFGDは1cm角のシンチレータキューブとそれを3方向から貫く波長変換ファイバーで構成された検出器で、ニュートリノ反応点付近の様子を細かく捉えることのできる検出器である。これは電子ニュートリノ反応事象選別において重要なγ線由来背景事象との弁別に大きなアドバンテージを持つ。世界的な半導体不足等の影響をうけ、新型前置検出器の建設に遅れは生じているが、大学院の学生達と協力してシミュレーションによるSuperFGD検出器較正手法の開発や、電子ニュートリノ反応事象の反応点再構成や電磁シャワー再構成手法などの事象再構成手法や選別アルゴリズムの開発を行い、データ取得開始後に速やかに結果を出すための準備を行なっている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 世界的な半導体不足等の影響をうけ新型前置検出器の建設に遅れが生じるなどデータ取得計画に遅れが生じている。また、高度な深層学習を用いた電子ニュートリノ反応事象の再構成手法の開発を目指しているが、現段階ではまだより基本的な再構成要素や特徴量の理解・改良に注力しており、深層学習を利用した研究に進めていない。
Strategy for Future Research Activity	2023年度には新型前置検出器SuperFGDの建設が完了し、データ収集を始められる予定である。検出器の試運転期間に宇宙線等を用いて検出機の健全性の確認や較正を行い、データ取得に備える。宇宙線やニュートリノビーム由来のデータを用いて、検出器の応答の理解に努める。データとシミュレーションの違いを理解しながら、引き続き電子ニュートリノ反応事象の再構成手法や事象選別アルゴリズムの開発を行い、電子ニュートリノ-原子核反応断面積測定につなげてゆく。