2013 Fiscal Year Annual Research Report
加速器ニュートリノビームを用いたＣＰ対称性解明に向けた実験的研究
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24244030
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中家 剛 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50314175)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 将志 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90362441)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 素粒子 / ニュートリノ / CP対称性 / 加速器 / ビーム |
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| Research Abstract |
本研究の主目的は「ニュートリノにおけるCP対称性の解明に向け」、(1) CP研究のシグナルとなるミューオンニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象をT2K実験で確立する、(2) 電子ニュートリノ出現の確率を精密に測定することでニュートリノ振動におけるCP対称性の情報を得る、(3)反ニュートリノビームを使った実験感度を検討する、(4)将来のCP対称性測定実験の実現において重要な基幹技術である光センサーの開発研究、の４点である。
このうち、 (1)の電子ニュートリノ出現に関して、T2K実験でこれまでに取得した6.6E20陽子数の全データを使って、28個の電子ニュートリノ信号を観測した。電子ニュートリノ信号の信頼度は7.3σと大幅に向上し、当初の大目標であった電子ニュートリノへの振動現象を確立することに成功した。(2)CP対称性の研究に関しては、本測定と原子炉反ニュートリノ振動の測定と組み合わせることで、ニュートリノCPのパラメータδに世界で初めて制限を与えることに成功した。δの領域で、0.19π<δ<0.80πを90%の信頼度で排除した。 (3)に関して、T2K実験で反ニュートリノビームを利用した場合の物理感度を見積り、プロポーザルとしてJ-PARC PACに提出した。反ニュートリノビーム利用による、CP対称性や質量階層性に対する感度の改善を検討し、その優位性を実証した。(4)の新型光子センサー開発に関しては、8インチのHybrid Photo Detector (HPD)、高いQuantum Efficiencyをもった20インチ光電子増倍管の基礎特性を測定した。そして、神岡坑内のテスト用水チェレンコフ測定器に設置し、長期の水中試験のデータ収集を開始した。
以上、研究課題４点とも、当初の目標を十二分に達成した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の大目標は、T2K実験のもつポテンシャルを最大限に引き出して世界で最初に電子ニュートリノ出現信号を確立し有限値でθ13を決定する、そして、その情報を使い反ニュートリノビームを使った世界初のCP対称性の実験を提案することである。研究計画調書に記した計画では、平成27年に電子ニュートリノ出現を5σの信頼度で確立、その後、反ニュートリノビームの生成を試み、平成28年に反ニュートリノ振動の研究を本格的に開始することであった。しかし、【研究実績の概要】で報告した通り、我々は平成25年度に電子ニュートリノ出現を7.3σの信頼度で確立することに成功した。この成功は、θ13の値が大きかったことが幸いしているが、大強度ニュートリノビームデータのスムーズな取得と解析プログラムの改善によるバックグラウンド事象の排除が大きく寄与している。また、当初の計画では不可能と考えていたニュートリノ振動におけるCP対称性の探索を開始し、CPが最大に破れているδ=0.5πのパラメータ領域を排除することにも成功している。これらの結果は既に論文に投稿してあり、本報告書の【雑誌論文】のページに報告してある。
我々は、この電子ニュート リノ出現の発見を受け、反ニュートリノビームを使ったCP対称性の実験感度の研究を前倒しで完成させた。そして、T2K実験における反ニュートリノビームの実験提案書を平成25年9月にJ-PARC PACに提出し、現在その物理感度をまとめた論文の執筆を進めている。また、反ニュートリノビームにおいても、平成26年度にテストランを開始するため、ハードウェアの準備を鋭意進めている最中である。
以上のように、当初の計画を前倒しで進め、大きな物理目標の達成に成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度に電子ニュートリノ出現の信号の確立に成功したので、今後はCP対称性の研究、そのために必要となるニュートリノ振動の精密測定、そして反ニュートリノビームを使ったニュートリノ研究に重点を移す。
平成26年度は、T2K実験としては初めての反ニュートリノビーム生成試験を予定している。平成26年6月に1E20陽子数程度の反ニュートリノデータを取得し、そのデータを元に反ニュートリノビームの特性と強度を測定する。さらに、3E20陽子数程度までデータを追加できた場合は、世界最高精度で反ニュートリノ振動パラメータの精密測定を実施する。これらの測定は将来のCPの研究の重要なインプットとなる。
CP対称性の測定感度向上には、更なるニュートリノビームデータの収集が必須である。また、振動パラメータθ23の正確な値もCP対称性の測定感度に直結する。よって、当面は振動パラメータθ23の精密測定を進め、更なるニュートリノデータの収集を続ける。現在の測定結果は、ニュートリノでCP対称性がδ=-0.5πで大きく破れているらしいことを示唆している。次の目標はニュートリノデータを２倍（15E20陽子数程度）に増やし、ニュートリノでCPが大きく破れている証拠（90%信頼度）を掴むことである。
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[Presentation] Neutrino Analysis2013
Author(s)
T. Nakaya
Organizer
The 2013 Tri-Institute Summer School on Elementary Particles (TRISEP)
Place of Presentation
TRIUMF, Vancouver, Canada
Year and Date
20130701-20130712
Invited
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