T2K実験の新型前置検出器を用いた電子ニュートリノ反応断面積の測定

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K14049
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 中桐 洸太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (10847247)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: CP対称性の破れ / ニュートリノ反応断面積

Outline of Annual Research Achievements

ニュートリノでの粒子と反粒子の対称性(CP対称性)の破れの検証は、宇宙において物質ばかりが存在し、反物質がほとんど存在しないという非対称性を生み出したメカニズムを解明する重要なカギとなると期待されており、素粒子物理学にとっての大きな課題である。 私が現在行なっているT2K実験でのニュートリノ振動測定により、ニュートリノでのCP対称性の破れの発見まであと一歩のところまで来ているが、そこで重要になる電子ニュートリノ反応に関わる系統誤差の評価において、現状の評価方法では不十分な点がある。 本研究では改良されたT2K前置検出器を使い、電子ニュートリノ-原子核反応断面積を測定することによって上記の系統誤差の妥当性を検証することを目指している。

新型前置検出器の一つ、SuperFGDは1cm角のシンチレータキューブとそれを3方向から貫く波長変換ファイバーで構成された検出器で、ニュートリノ反応点付近の様子を細かく捉えることのできる検出器である。これは電子ニュートリノ反応事象選別において重要なγ線由来背景事象との弁別に大きなアドバンテージを持つ。

世界的な半導体不足等の影響などもあり新型検出器の建設に遅れが生じていたが、2023年度についにSuperFGD検出器を実験サイトに設置しデータ取得を開始した。取得したデータを用いてデータの健全性の評価や検出器の較正手法の開発、評価、改善を行った。またシミュレーションによる電子ニュートリノ反応事象の反応点再構成や電磁シャワー再構成手法などの事象再構成手法や選別アルゴリズムの開発を行った。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

世界的な半導体不足等の影響をうけ新型前置検出器の建設に遅れが生じたためデータ取得計画に遅れが生じているが、2023年度についにデータ取得を開始した。現在は検出器応答の理解のため、検出器較正や性能の評価を行っている。

Strategy for Future Research Activity

2023年度に取得したデータや今後収集する宇宙線やニュートリノビーム由来のデータを用いて検出器の健全性の確認や較正を行い検出器応答の理解に努める。
データとシミュレーションの比較をしながらその違いを理解し、引き続き電子ニュートリノ反応事象の再構成手法や事象選別アルゴリズムの開発を行い、電子ニュートリノ- 原子核反応断面積測定につなげてゆく。

Causes of Carryover

データ取得を始めた段階であり、国際学会等での発表は行わなかった。今後の成果発表のための旅費などに充当する予定である。