2014 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 / 加速器 / CP対称性 / ニュートリノ振動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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研究の信号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の研究、(2)CP測定における最大の系統誤差であるニュートリノ反応不定性の改善、(3)反ニュートリノビームを使った反ニュートリノ振動の研究、(4)将来のCP対称性測定実験の実現に向けた基幹技術である光センサーの開発、の4点を実行することである。
平成26年度は特に、ハドロン事故で停止していたJ-PARCの再開において、(3)の反ニュートリノビーム生成の実現が最重要課題であった。ニュートリノビームラインを改造し、平成26年6月に反ニュートリノビーム生成に成功した。その後、約4ヶ月間、最大ビーム強度320kWで反ニュートリノビームでデータを収集し、ニュートリノ振動解析に必要なデータを蓄積した。これは、今年度の研究実績としてもっとも重要なものである。
さらに、これまで取ったニュートリノビームのデータの解析を進め、(1)電子ニュートリノ出現事象とミューニュートリノ消失事象の総合解析を行い、４つのニュートリノ振動パラメータ（θ13、θ23、δCP、Δm2）の高精度測定を実現し、論文として発表した。(3)に関して、ニュートリノ反応断面積（荷電カレント準弾性散乱、荷電カレント包括反応、荷電カレントπ生成反応）の測定を行い、測定結果を論文及び国際会議で発表した。スーパーカミオカンデにおいても、中性カレント測定の新しいモードである低エネルギーγ線事象の測定結果を論文に発表した。(4)に関しては、50cm径の高QE新型光電子増倍管と世界初の50cm径HPD（Hybrid-Photon-Detector）を開発し、その性能評価試験を行った。
以上、研究目標の実現に向けて、各テーマで大きな実績を上げることに成功した。
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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
本研究の当初の目標は、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の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、世界初の反ニュートリノビームを使ったCP対称性の実験を提案することであった。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の信頼度で確立し、その後、反ニュートリノビームの生成を試み、平成28年から反ニュートリノ振動の研究を開始することであった。しかし、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大幅な改善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すでに排除することにも成功した。
さらに、平成26年度は当初計画を前倒しし、反ニュートリノビームによる実験を開始した。そのために必要であった大強度ニュートリノビームとして320kWでの運転も達成した。また、ニュートリノ反応断面積の種々の高精度測定にも成功した。T2K実験、および将来計画であるハイパーカミオカンデ実験の物理感度を検討した論文も完成させた。
以上のように、当初の計画を～２年前倒しで進めており、さらなる物理感度の向上に努めている。
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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を確立、平成26年度に最初のCP対称性の測定と反ニュートリノビーム生成に成功したので、今後は反ニュートリノビームを使ったニュートリノ振動測定、CPの破れの探索感度の向上を重点的に進める。そのために必要となるニュートリノ振動の更なる精密測定、CP測定の主系統誤差であるニュートリノ反応の不定性の研究を進める。ニュートリノ振動の更なる精密測定には、より高統計が必要であり、J-PARC加速器のビーム強度の増強を期待し（こちらは新学術科研費で研究を推進）、本科研費の終了までにニュートリノビームのデータ量をこれまでの２倍に増やす。データの増量で、CPの破れのパラメータδCPの感度を上げ、同時に振動パラメータθ23の精度を向上させる。また、ニュートリノ反応の不定性を削減するために、各種のニュートリノ反応断面積（荷電カレント準弾性散乱、荷電カレント1π生成反応、等）の精密測定を行う。それらの結果を合わせ、CP対称性の測定感度を向上させる。
これまでに取得した反ニュートリノビームデータを使って、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。
最後に、CPの破れを探るために究極のニュートリノ実験を行うには、次世代大型検出器ハイパーカミオカンデが必要であり、この基幹技術である光センサーの開発研究を進める。光センサーの開発研究は、その基本性能の測定・評価に加えて、長期間水中で安定に運用できるかの耐久試験も実施する。
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