Study of CP asymmetry using the new neutrino detector SuperFGD in T2K experiment

Research Project

Project/Area Number	23KF0110
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	外国
Review Section	Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	横山将志東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90362441)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	FERLEWICZ DANIEL 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2023-07-26 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000) Fiscal Year 2025: ¥100,000 (Direct Cost: ¥100,000) Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 2023: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords	ニュートリノ / CP対称性 / ニュートリノ振動
Outline of Research at the Start	J-PARC加速器とスーパーカミオカンデ検出器を使った長基線ニュートリノ振動実験T2K実験において、ニュートリノ振動におけるCP対称性の破れを世界最高の感度で探索する。特に、2023年度に新たに導入されるSuperFGD検出器のデータを用い、ニュートリノ-原子核反応の不定性に起因する系統誤差を削減して、ニュートリノ振動測定の感度向上を達成する。
Outline of Annual Research Achievements	J-PARC加速器とスーパーカミオカンデ検出器を使った長基線ニュートリノ振動実験T2K実験において、新たなニュートリノ測定装置SuperFGD検出器の試験・設置・立ち上げを進めた。SuperFGD検出器は、1cm角のプラスチックシンチレータキューブを200万個積層し、内部でのニュートリノ反応で生成された荷電粒子によるシンチレーション光を３方向から波長変換ファイバーで導き、約56,000個の半導体検出器MPPCで検出する、画期的な設計のニュートリノ検出器である。ニュートリノ反応事象を1cm間隔に細分化し、その３方向への射影を不感部なく検出することで、ニュートリノ-原子核反応の理解を飛躍的に向上させ、ニュートリノ振動の測定に関わる不定性を削減してCP対称性の破れの探索を世界最高感度で進める。 SuperFGD検出器は2023年夏まで試験運転を行った後、2023年10月に実験ホールに設置した。事前試験・立ち上げ期にはJ-PARC施設に滞在し、現場チームの主要メンバーとしてプロジェクトを推進した。その後データ収集においては運用中に装置の健全性を即時に確認するためのオンラインモニターの開発や検出器の基本的な較正を行った。さらに、データを用いて評価した検出器実機の性能をシミュレーション・再構成ソフトウェアに反映するためのグループを新たに形成して、装置の性能を最大化しデータ解析に進めるための準備を着実に進めている。SuperFGDのデータ解析への応用も考え、機械学習のワークショップにも参加した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2023年にSuperFGD検出器を実験ホールに設置し、その前後の動作確認、検出器の較正、運用時のモニター整備など、今後の安定したデータ収集とデータ解析に向けた準備を着実に進めることができた。検出器の基本的な理解から飛跡や事象の再構成へと繋げる開発を行うグループを組織化し、系統的に研究を進める体制を整えた。予定通り、ハードウェア・ソフトウェア両面から今後の本格的なデータ収集に向けて着実に準備を進めることができており、研究は順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	2024年度には、SuperFGDの本格的なデータ収集を開始する。安定した運用システム、測定器の較正、再構成ソフトウェアの開発、などの整備を進める。ニュートリノ-原子核反応断面積の測定を行い、ニュートリノ振動測定の精度向上につなげる。