| Project/Area Number |
23KF0234
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 外国 |
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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 | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中家 剛 京都大学, 理学研究科, 教授 (50314175)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
TRAN NGOC 京都大学, 理学研究科, 外国人特別研究員
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| Project Period (FY) |
2023-11-15 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
Fiscal Year 2025: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2023: ¥500,000 (Direct Cost: ¥500,000)
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| Keywords | ニュートリノ / 加速器 / CP対称性 / 反粒子 |
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| Outline of Research at the Start |
加速器ニュートリノ実験T2KとHyper-Kamiokandeで、ニュートリノ質量と粒子・反粒子対称性（CP対称性）の研究を行う。実験では、陽子ビームモニターと前置ニュートリノ測定器のデータを解析し、ニュートリノビームと反ニュートリノビームを使ってニュートリノ振動を精密に測定する。そして、ニュートリノ振動パラメータであるニュートリノ質量差、ニュートリノ間の混合割合、CP対称性の破れを決定する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノ振動パラメータθ23の測定とCP対称性の破れの探索を行った。T2K実験とスーパーカミオカンデ実験のデータを合わせて統合解析することで、世界最高精度でθ23を測定し、世界最高感度でCP対称性の破れを探索できた。さらに、T2K実験でデータ収集を継続し、ニュートリノのビームフラックスと反応断面積の精度向上のために、アップグレードした前置ニュートリノ測定器の物理解析とシミュレーションを行っている。更なる精度向上の鍵は、前置ニュートリノ測定器による測定の系統誤差の改良であり、このためにニュートリノ反応モデルとデータの一致を確認しモデルの改善を進めてきた。合わせて、後置検出器であるスーパーカミオカンデにおけるニュートリノ反応事象の物理解析を進めた。前置ニュートリノ測定器で調べたニュートリノ反応モデルをスーパーカミオカンデの解析に適用し、ニュートリノ振動測定の感度を見積もった。
また、Hyper-KamiokandeおよびDUNE実験、さらに将来のニュートリノ実験による共同解析を通じて、θ23の測定精度の向上可能性を検討した。シミュレーションの結果、両実験はθ23の八分量子数（octant）を1σの範囲内で確定できることを示した。θ23やCP位相δCPの精密測定は、非可換離散対称性を仮定した特定のレプトンフレーバーモデルの検証において極めて重要である。また、レプトンセクターにおいてCP保存が成り立つ場合、Hyper-KamiokandeとDUNEのデータを組み合わせることで多くの理論モデルを排除できることを確認した。
Hyper-Kamiokande実験の建設に向けても、光センサーの開発と長期試験を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究成果として、T2K実験のビームニュートリノデータとスーパーカミオカンデ実験の大気ニュートリノデータを統合解析することでニュートリノ振動パラメータの新しい結果を発表した。本解析では、両データセットにおいてニュートリノエネルギーが重なる事象および検出器の系統誤差の相関を考慮し、データセット間に存在する相関を考慮して、共通の相互作用モデルを用いて解析を行った。使用されたデータは、大気ニュートリノについては延べ3244.4日分、ビームニュートリノについてはニュートリノ(反ニュートリノ)モードでそれぞれ19.7(16.3)E20陽子数のビーム照射量に相当する。解析の結果、CP保存（J_CP = 0）を1.9σの有意度で排除した。また、ニュートリノ質量逆階層性に対しても1.2σの有意度で排除した。
また、ハイパーカミオカンデとDUNEの2大実験によりθ23の八分量子数（octant）の決定が可能であることを示した研究結果を論文として発表した。論文では、θ23とCP位相δCPの精密測定は、特定のレプトンフレーバーモデルの検証に重要であることを議論している。そして、将来に向けてハイパーカミオカンデの建設も順調に進めている。
以上より、研究はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
J-PARC加速器の性能向上が達成され、スーパーカミオカンデにおける物理解析も完了する。その結果、データ量が倍増し、系統誤差を削減することで、実験感度を2倍に改善できる。系統誤差の削減は、実験結果をよく再現できるニュートリノ反応モデルの開発と選択を進めることで、ニュートリノ反応の系統誤差を5%から4%へ改善することが期待できる。その結果、更なるニュートリノ振動の精密測定とニュートリノCPの高感度探索が可能となる。ニュートリノ振動パラメータ、特に不定性の大きい混合角θ23の誤差δ(sin2θ23)の削減を目指していく。CPの破れに関しては、CPの破れを表す複素位相δCPの測定精度を向上させていく。この結果、2σ以上の感度で、CPが破れているか、破れていないかを決定する。
Hyper-Kamiokande実験については、いよいよ建設が始まり、時間の許す限り測定器の建設に貢献していく。
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