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Exploring neutrinos at the TeV-energy frontier with FASER

Research Project

Project/Area Number 23K20234
Project/Area Number (Other) 20H01919 (2020-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2020-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research InstitutionKyushu University

Principal Investigator

音野 瑛俊  九州大学, 理学研究院, 准教授 (20648034)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 有賀 智子 (古川)  九州大学, 基幹教育院, 准教授 (00802208)
田窪 洋介  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 研究機関講師 (50423124)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2024: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2020: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000)
Keywords高エネルギーニュートリノ / FASER / LHC / 衝突点前方 / シリコン検出器 / LHC衝突点前方 / ニュートリノ
Outline of Research at the Start

FASER実験は、CERNにおいてLHCのビーム衝突点の超前方に未知粒子探索のための検出器とニュートリノ研究のための検出器を配置し、LHCの運転期間となる2022~25年にデータを取得する。本研究はこれらの検出器の間にインターフェース検出器を追加することで、全ての検出器を統合した解析を実現する。そして正・反ミューニュートリノの区別、ニュートリノのエネルギー分解能の向上、背景事象の抑制、世界初の正・反タウニュートリノを区別した測定を目指す。さらにLHCがビーム強度を増強する2029年以降を見据え、新たな施設や検出器の大型化を検討し、今後の高エネルギーニュートリノ研究の道を拓く。

Outline of Annual Research Achievements

FASER実験はLHCのビーム衝突点の480m前方にFASER検出器を設置し、未知粒子の探索と高エネルギーニュートリノの測定を目指している。本研究では未知粒子探索のための検出器(シリコン飛跡検出器、ダイポール磁石、シンチレーター、カロリメータ)と高エネルギーニュートリノ測定のための検出器(タングステン板とエマルションフィルム、シンチレーター)の間に新たにインターフェース検出器を追加することで、全ての検出器を統合した物理解析を目的としている。

2023年のLHC第3期運転においても、2022年に引き続いてインターフェース検出器を含む全FASER検出器を稼働させ、安定したデータ取得を実現した。検出器較正のためのアルゴリズムを改善することで、インターフェース検出器と飛跡検出機の性能評価を容易にしている。2024年3月の国際会議において、2022年と2023年にインターフェース検出器を含む未知粒子探索のための検出器が取得したデータを用いた解析結果として、Axion Like Particle (ALP)と呼ばれる新粒子に対して未開拓領域での探索(残念ながら新粒子発見には至らず)を報告した。

エマルションフィルムを用いたニュートリノ反応の再構成についても大きな進展があり、2022年の取得データの一部を用いて電子型ニュートリノを4イベント観測した。これは衝突型加速器が生成する電子ニュートリノの初観測である。さらに、8イベントのミュー型ニュートリノの観測にも成功している。インターフェース検出器の飛跡検出器に対する相対位置の決定(アラインメント)はアルゴリズムの初期値を設定する手法を刷新することで、大きく改善した。全ての検出器を統合した物理解析に向けた準備が概ね整ったといえる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

LHC第3期運転の2年目となる2023年においてもFASER実験は安定したデータ取得を実現し、インターフェース検出期を含む全検出器が安定して稼働している。新粒子探索とニュートリノ研究の双方で最新結果を2024年3月の国際会議で発表した。本研究で推進する全ての検出期を統合した物理解析に向けたアラインメントも最終段階にある。

Strategy for Future Research Activity

2024年は本研究期間の最終年度となる。インターフェース検出器のアラインメントを完了させ、エマルジョンフィルムとシリコン飛跡検出器がそれぞれ再構成する飛跡を結合する。そしてシリコン飛跡検出器が測定する電荷と運動量をニュートリノ反応点の情報に追加し、特にミューニュートリノについて正反ニュートリノの分離、エネルギー分解能の向上を実現する。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (20 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 4 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] CERN/University of Geneva/University of Bern(スイス)

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  • [Journal Article] Search for dark photons with the FASER detector at the LHC2024

    • Author(s)
      FASER Collaboration
    • Journal Title

      Physics Letters B

      Volume: 848 Pages: 138378-138378

    • DOI

      10.1016/j.physletb.2023.138378

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  • [Journal Article] First Direct Observation of Collider Neutrinos with FASER at the LHC2023

    • Author(s)
      FASER Collaboration
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 131 Issue: 3 Pages: 31801-31801

    • DOI

      10.1103/physrevlett.131.031801

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  • [Journal Article] The Forward Physics Facility at the High-Luminosity LHC2023

    • 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

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  • [Journal Article] The tracking detector of the FASER experiment2022

    • 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

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  • [Journal Article] The trigger and data acquisition system of the FASER experiment2021

    • Author(s)
      FASER Collaboration
    • Journal Title

      Journal of Instrumentation

      Volume: 16 Issue: 12 Pages: P12028-P12028

    • DOI

      10.1088/1748-0221/16/12/p12028

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  • [Journal Article] First neutrino interaction candidates at the LHC2021

    • 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

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  • [Presentation] FASER実験における飛跡検出器の開発2023

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      音野瑛俊
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      2nd International Workshop on Forward Physics and Forward Calorimeter Upgrade in ALICE
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      Hidetoshi OTONO
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      音野瑛俊
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      音野瑛俊
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      日本物理学会第75回年次大会(2020年)
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  • [Remarks] FASER Japan

    • URL

      https://faser-japan.org

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

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