2023 Fiscal Year Final Research Report

Precise measurement of electron neutrino cross-sections with nuclear emulsion detector

Research Project

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Project/Area Number	21H01108
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 15020:Experimental studies related to particle-, nuclear-, cosmic ray and astro-physics
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	Fukuda Tsutomu 名古屋大学, 高等研究院, 特任講師 (10444390)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	佐藤修名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任准教授 (20377964) 中平武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, 教授 (30378575) 中家剛京都大学, 理学研究科, 教授 (50314175) 早戸良成東京大学, 宇宙線研究所, 准教授 (60321535) 南野彰宏横浜国立大学, 大学院工学研究院, 教授 (70511674) 三角尚治日本大学, 生産工学部, 准教授 (80408947)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords	原子核乾板 / ニュートリノ / 電子ニュートリノ / ステライルニュートリノ / NINJA実験 / グラフ理論 / J-PARC / 加速器
Outline of Final Research Achievements	We developed new electron neutrino interaction analysis methods, including novel detector configurations and a graph theory-based track reconstruction method for the future verification of sterile neutrinos using nuclear emulsion in the NINJA experiment. Additionally, we successfully conducted positron beam exposure experiments at the Research Center for Electron Photon Science of Tohoku University and neutrino beam exposure experiment at J-PARC, laying the groundwork for the upcoming sterile neutrino verification experiments. Furthermore, during this research period, we advanced the analysis of the NINJA experiment and detected neutrino-heavy water interactions using heavy water target-nuclear emulsion detectors for neutrino-nucleon interaction measurements, and the excessive production of charged π particles in antineutrino-iron charged current interactions.
Free Research Field	素粒子実験
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	20年以上解決していない、標準的な３種類のニュートリノ振動の枠組みから外れたステライルニュートリノの存在について早期の追証・決着が強く望まれている。原子核乾板実験は極小の背景事象の元でステライルニュートリノ検証が可能である。本研究の結果により、この将来実験に向けて着実な一歩を踏み出すことができた。また、原子核乾板によるニュートリノ-重水反応の検出・反ニュートリノ-鉄反応における荷電π粒子の過剰生成の検出といった結果は、今後のニュートリノ-核子/原子核反応の研究を大きく進展させるのみならず、ニュートリノCP非対称性の検証を目指すニュートリノ振動実験での系統誤差の抑制に繋がることが期待される。