スペクトル解析によるニュートリノ振動現象の直接検証と振動パラメータの精密測定

• Project/Area Number: 03J05507
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 長谷川 雅也 京都大学, 大学院・理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2004: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2003: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: ニュートリノ振動 / フレーバー混合

Research Abstract

本年度はニュートリノ反応の詳細な研究を目的としてK2K実験前置検出器に一昨年度導入した「全感知型シンチレータ飛跡検出器(SciBar)」で得られたニュートリノデータの解析及び、本実験で得られた全データを用いたニュートリノ振動現象の検証及び振動パラメータ(特に質量の二乗差 Δm^2)の測定を行った。
ニュートリノ反応の研究に関しては、近年運動量移行の小さい反応の反応断面積が理論予想よりも小さい事が観測され未解決であったが、私はSciBar検出器を用いて数あるニュートリノ反応の中でもコヒーレント単一メソン生成反応(ν+C→μ+π+C)がこの問題の主要な原因である事を証明し、実際に断面積を測定した。これは我々のエネルギー領域(〜1GeV)では世界初の測定結果であり、ニュートリノ反応に関する理論に対してのインパクトは大きいと考えられる。この結果は論文としてまとめすでに公表されている。(PRL95 252301)。
振動現象の検証に関しては、まずニュートリノの生成標的直後に設置した前置検出器(SciBar検出器を含む)のデータを用いて生成直後のニュートリノビームの特性(フラックス、エネルギースペクトル)を測定し、振動が無い場合に250km先のスーパーカミオカンデ(SK)で観測される事象数、エネルギースペクトルの予想を行った。続いて、SKでの観測結果とその予想を比較し、99.997%(4.2σ)の信頼度でニュートリノ振動現象の存在を確認した。また振動パラメータに関してもΔm^2を約20%の精度で測定し、これは現在もっとも厳しい制限の一つとなっている。
以上の結果について日本物理学会にて報告した。

Research Products

• [Journal Article] Search for coherent charged pion production in neutrino-carbon interactions (2005)
  • Author(s): M.Hasegawa et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 95 Pages: 252301-252301
• [Journal Article] Measurement of single pi0 production in neutral current neutrino interactions with water by a 1.3GeV wide band muon neutrino beam (2005)
  • Author(s): S.Nakayama et al.
  • Journal Title: Physical Letters B619 Pages: 255-262
• [Journal Article] Search for nucleon decau via modes favored by supersymmetric grand unification models in Super-Kamiokande-I (2005)
  • Author(s): K.Kobayashi et al.
  • Journal Title: Physical Review D72 Pages: 52007-52007
• [Journal Article] A measurement of atmospheric neutrino oscillation parameters by Super-Kamiokande I (2005)
  • Author(s): Y.Ashie et al.
  • Journal Title: Physical Review D71 Pages: 112005-112005
• [Journal Article] Evidence for muon neutrino oscillation in an accelerator-based Experiment (2005)
  • Author(s): E.Aliu et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 94 Pages: 81802-81802
• [Journal Article] The K2K SciBar Detector (2004)
  • Author(s): K.Nitta et al.
  • Journal Title: Nucl.Instrum.Meth. A535 Pages: 147-151
• [Journal Article] Search for Electron Neutrino Appearance in a 250km Long-baseline Experiment (2004)
  • Author(s): M.H.Ahn et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 93 Pages: 51801-51801
• [Journal Article] Evidence for an oscillatory signature in atmospheric neutrino Oscillation (2004)
  • Author(s): Y.Ashie et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 93 Pages: 101801-101801
• [Journal Article] Search for dark matter WIMPs using upward through-going muons in Super-Kamiokande (2004)
  • Author(s): S.Desai et al.
  • Journal Title: Physical Review D70 Pages: 83523-83523
• [Journal Article] Limits On the Neutrino Magnetic Moment Using 1496 Days of Super-Kamiokande-I Solar Neutrino Data (2004)
  • Author(s): D.W.Liu et al.
  • Journal Title: Physical Review Letters 93 Pages: 51801-51801
• [Journal Article] Solar Neutrino Measurements in Super-Kamiokande-I
  • Author(s): J.Hosaka et al.
  • Journal Title: Physical Review D (Accepted)
• [Publications] M.H.Ann et al.: "Indication of neutrino oscillation in a 250km long baseline experiment"Physical Review Letters. 90・4. 1801 (2003)
• [Publications] Y.Fukuda et al.: "Super-Kamiokande detector"Nucl.Instrum.Mcth. A501. 418-462 (2003)