2018 Fiscal Year Research-status Report
Study of tau-neutrino production with a nanometre-precision tracker
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18KK0085
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
有賀 智子 (古川) 九州大学, 基幹教育院, 助教 (00802208)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小松 雅宏 名古屋大学, 教養教育院, 准教授 (80345842)
佐藤 修 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 助教 (20377964)
吉田 純也 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 博士研究員 (60573186)
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| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2022-03-31
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| Keywords | タウニュートリノ / Ds中間子 / ニュートリノ反応断面積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
3世代あるニュートリノの中でもタウニュートリノはその検出の技術的困難さからこれまでの実験データが少なく、基本的性質である反応断面積の測定も不定性が非常に大きい。タウニュートリノ反応断面積を精密に測定することは、ニュートリノ振動実験や宇宙からのタウニュートリノ観測のための基礎データになるとともに、タウニュートリノ反応において標準理論を超える物理があるかどうかを探索する試みである。タウニュートリノ反応断面積測定は、高エネルギー陽子反応で生成されるタウニュートリノフラックスの推定と、タウニュートリノ反応の検出から成る。ここで、タウニュートリノの生成源であるDs中間子の微分生成断面積（特に縦方向の運動量依存性）が陽子ビームを用いた固定標的実験では測定されていないことが反応断面積測定において最大の不定性になっており、タウニュートリノの生成についての研究が不可欠である。本研究では、タウニュートリノビーム生成の不定性を現在の50%相当から10%以下に減らすため、その生成源であるDs中間子の微分生成断面積をCERN-SPS加速器の400 GeV陽子ビームを用いて初測定する。これまでのテストランおよび2018年8月のパイロットランにて陽子ビームを照射したエマルションフィルムのデータ読み出しを進め、400GeV陽子反応を再構成して短寿命粒子の崩壊トポロジーを選び出す解析フレームワークを構築してきた。チャーム粒子の検出について期待値と矛盾しない結果を得て、実験計画の全容とテストランの解析結果について論文をまとめた（2019年5月に提出予定である）。
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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
本研究については実験プロポーザル(SPSC-P-354)を執筆してCERN-SPS実験審査委員会に提出しており、2018年8月のパイロットランでは今後の物理ランの1/10に相当する約50m^2(4000フィルム)のエマルション検出器を製造し、400GeV陽子ビーム照射実験を実施した。陽子ビームを照射したエマルションフィルムの飛跡の読み出しを進め、従来より小角度空間に集中した高い飛跡密度(1cm^2当たり10^5-10^6本の飛跡)に対応できる飛跡の再構成手法を開発して、解析を進めている。400GeV陽子反応を再構成し短寿命粒子の崩壊トポロジーを選び出す解析フレームワークの構築とその評価を遂行してきた。また、テストランおよびパイロットランからのフィードバックをもとに、2021-2022年の物理ランに向けて改良点を検討している。2019年4月のCERN-SPS実験審査委員会においてこれらの進捗状況を報告し、2021-2022年の物理ランのためのビームタイム確保および正式な実験承認への勧告を得た。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに構築した解析フレームワークの高速化に取り組むとともに、高精度角度測定手法の開発を進め、Ds中間子からタウ粒子への崩壊探索における実用化を実現する。パイロットランの解析により、タウニュートリノを生成するシグナル事象を約80事象検出することを見込んでおり、限られた統計ではあるがDs中間子の微分生成断面積を400 GeV陽子ビームに対して初めて測定する。過去のDONUT実験のデータと組み合わせてタウニュートリノ反応断面積測定の (系統的不確かさを減らした) 再評価を行って物理結果としてまとめ、2021年からの本実験につなげたいと考えている。主目的とするタウニュートリノ生成の研究の他にも、実験の副産物として高統計でチャーム粒子を含む事象を検出できることから、現在の知見を超える測定を行えるよう検討を進める。また、2021年からの物理ランに向けて検出器および解析の課題を見極め、改良を進めていく。2020-2021年にかけて約550m^2のエマルションフィルムを用いて検出器を製作し、2021-2022年にCERNにて400GeV陽子ビーム照射実験(物理ラン)を実施する計画である。陽子反応2.3x10^8事象(従来のエマルション実験に対して2桁以上多い解析事象数)の解析を遂行して、陽子反応で生成されるDs中間子のタウ粒子への崩壊を約1000事象検出し、Ds中間子の微分生成断面積を測定する。
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| Causes of Carryover |
共同研究先であるベルン大学との研究開発について、研究分担者の渡航予定を2019年7月に延期したため、それに関わる旅費および物品費を次年度使用に変更した。
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Research Products
(5 results)
