| Project/Area Number |
23K13112
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
BERNS LUKAS 東北大学, 理学研究科, 助教 (70963966)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2028-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2027: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2026: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥130,000 (Direct Cost: ¥100,000、Indirect Cost: ¥30,000)
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| Keywords | ニュートリノ / パイ中間子 / ハドロン散乱 / 素粒子 |
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| Outline of Research at the Start |
長基線ニュートリノ振動実験による宇宙における物質の起源解明に向け、全ての系統誤差を現在の半分以下に抑えたい。振動前のニュートリノ・フラックスと散乱断面積に対して重要な制限を与えている前置検出器での検出器誤差の中で最も大きいのはパイ中間子散乱に関するもので、古くて単純なモデル、外部実験をうまくフィットできていない、ほとんどのデータが古くて系統誤差の相関情報がないなど、多くの課題がある。本研究ではこれらをモデルとグローバル解析の改善、既存のデータの追解析による新しい断面積測定の実行と、新しいハドロン散乱データの取得によるさらなる誤差削減を目指し、ニュートリノ振動解析のさらなる精密化を狙う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
パイ粒子散乱データをよりよくフィットするためのモデル拡張として原子核内の様々なポテンシャルの効果を取り入れた。また古いデータにおける系統誤差間の未知な相関に関しては誤差を拡大しなくても統計学的に扱える手法を導入。これらを組み合わせ、一様な誤差拡大をしなくともより良いフィットを得ることに成功し、かつ複数の異なる原子核間で整合性が確認できるようになった。一部のデータではまだモデルに不十分なところがみられるため、理論計算に基づく微視的な散乱段面積をデータにフィットできるようにし、さらなる改善とより実態にあった誤差の推定に進む。これらの功績は実験グループにも重要と認識され、T2Kの全体会合で依頼され発表した。
前年度に導入したガウス課程に基づく自由度の高い解析に関してはこれを大きく転用し、ニュートリノ反応段面積を理論計算に頼らないでもニュートリノ振動解析ができることを示すことができた。これは過去の実験では似たような試みがあったようだがデータが不十分であったり、感度が著しく落ちるとの懸念から現行実験では行われておらず、理論計算を多く駆使した主解析とは独立な手法でニュートリノ振動解析の整合性を確認できることになる。振動パラメータによっては確かに系統誤差が重要になる将来実験においては感度の低下が見られるものの、大本命であるニュートリノCPの破れに関してはこの低下があまりないことがわかった。こちらもT2KおよびHK実験双方から注目され、T2K実験においては依頼されて全体会合で発表した。
パイ粒子散乱データが少ない酸素を用いた測定に向け、水を標的とした新しい検出器の開発を行っているが、これに関しても液体の水を用いる難しさを克服できる有力な代用品が二つとして見つかった他、短い反跳陽子の飛跡を観測できる精度を持ちつつ、水の比率を高く担保できる新たなアプローチが開発でき、宇宙線での実験で確認できた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
パイ中間子散乱データの解析では前回の巨視的な段面積の解析に加え、微視的な反応モデルの改善により良いフィットが得られるようになったため、フィット結果を最終目標であるニュートリノ反応に転用できるようになったため。また元々のパイ中間子散乱データ解析から転用してより大きな目標であるニュートリノ振動の解析において理解が不十分であるニュートリノ反応段面積の理論計算に対する依存度を格段に減らせる新手法を開発できたため。また水を用いたパイ中間子散乱測定に向け、高い精度を出しながらコストおよび水以外の標的物質を減らせられる新手法を開発でき、実験的に確認できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
パイ中間子散乱データ解析モデルにおいてはアイソスピン依存性や有限長効果などの知られている物理を取り入れる他、調整できるようにした微視的な反応段面積を、過去のガウス課程から得られた知見も駆使してデータに直接フィットすることを試みる。ポテンシャルを取り入れたことにより多くある弾性散乱データとも比較可能になったので、これらをフィットに取り入れつつ、完全な再現のために必要な量子効果を現行の準古典計算に取り入れる手法を開発する。また現在のカスケードモデルに加え、INCLなどのより高度なカスケードモデルも使えるようになったため、データに合わせた同じようなチューニングができるかを試みる。今回導入したポテンシャルの効果に関してはニュートリノ反応においても正しく考慮する必要があり、現在のニュートリノ反応ジェネレータの様々な部分に手を加える必要がある。
ニュートリノ反応段面積を理論計算に頼らない新しいニュートリノ振動解析法に関しては電子散乱データを用いたハイパーパラメータの最適化を導入し、建設が始まろうとしているHKの新しい上下移動型前置検出器（IWCD検出器）から得られる散乱段面積空間における縮退の解消を確認し、論文発表を目指す。
水を標的とした新しい検出器開発においてはプロトタイプを作成し、読み出しエレキなどにおけるコスト削減アイデアを試す他、様々なビームラインで性能を評価することを目指す。
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