2019 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 / SPS / 飛跡検出器 |
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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。本研究では、反応断面積測定における最大の不定性であるタウニュートリノの生成について、CERNのSPS加速器による陽子ビームを用いて研究する。もう1つのテーマとして、これまでの実験データが少ない超前方のチャーム粒子生成についての研究が可能であり、今後の高エネルギーニュートリノ測定に向けた基礎データとして提供したいと考えている。
これまでに、パイロットランのエマルションフィルム約3060枚のデータ読み出しを完了し、高い飛跡密度(5x10^5 tracks/cm^2)に対する解析フレームワークを構築してきた。パイロットランのデータ解析により検出している陽子反応、チャーム事象を用いて、シミュレーションモデルの検証に取り組んでいる。解析状況をSPS/PS実験審査委員会(SPSC)に報告し、本実験計画は、2019年6月にCERN Research BoardによりNA65として正式承認され、2021/2022年の物理ランが認められた。また、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、2020年1月に発表した。
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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
タウニュートリノの生成源であるDs中間子のタウ粒子への崩壊は、数mmという短い飛距離での数mradという微小な折れ曲がりを特徴とする。本研究では、Ds中間子の検出方法としてこの微小な折れ曲がりを捉えるため、50nmという高い3次元位置精度を持つエマルション検出器を用いる。200ミクロンベースを用いた場合の角度精度は0.35mrad(0.02度)に相当する。これに対し、従来の高速読み出しシステムは読み出し角度精度が2mrad程度と、Ds中間子からタウ粒子への崩壊事象の検出には不十分であることから、ベルングループおよび若手の分担者・協力者らとともに、高精度での角度読み出しの開発を進めている。
また、解析フレームワークの構築に取り組み、2018年度に実施したパイロットランのデータについて物理解析を進めてきた。高密度のビームによる飛跡の中で、陽子反応を再構成して、シグナル事象を選び出す自動解析スキームを構築している。パイロットランの解析で検出している陽子反応、チャーム事象のシミュレーションとの比較を進め、モデルの検証に取り組んでいる。
さらに、高密度の飛跡を用いてフィルム間の精密なアライメントを取ることが可能であり、複数枚のフィルムにおける飛跡の位置情報を用いて角度を測定することにより、飛距離が長い事象に対し当初想定していたより高い角度精度を実現できることを確認していることから、崩壊角の小さい超前方成分についてさらに感度のよい測定を目指している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに構築してきた、陽子反応を再構成し短寿命粒子の崩壊事象を検出する自動解析スキームの高速化に取り組む。また、2018年パイロットランデータの解析を物理結果としてとりまとめる。パイロットランデータは今後の物理ランの10%程度の統計であるが、高統計でチャーム粒子を含む事象を検出している。このデータを用いて、主目的であるタウニュートリノ生成研究とは別に、超前方のチャーム粒子の生成、intrinsic charmの寄与などの研究も進める。これは、高エネルギー宇宙ニュートリノ観測の背景事象となる大気ニュートリノ成分の理解のためにもユニークなデータになると考えている。また、タウニュートリノ生成研究に向けては、高精度角度測定手法を構築して解析に組み込み、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検出したい。さらに、2021年に予定しているCERNでの400GeV陽子ビーム照射実験(物理ラン)に向けて、照射セットアップや検出器サイズの改良を進めるとともに、検出器の製造を始める。
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| Causes of Carryover |
研究分担者が出張を延期したため、それに関わる旅費を次年度使用に変更した。
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