Precision measurements of neutrino-nucleus interaction towards understanding of neutrino mixing matrix

• Project/Area Number: 26247034
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: YOKOYAMA Masashi 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90362441)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 南野 彰宏 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70511674)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥40,170,000 (Direct Cost: ¥30,900,000、Indirect Cost: ¥9,270,000); Fiscal Year 2018: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2017: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2016: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2015: ¥8,580,000 (Direct Cost: ¥6,600,000、Indirect Cost: ¥1,980,000); Fiscal Year 2014: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: ニュートリノ / 反応断面積 / 粒子検出器 / ニュートリノ振動 / 粒子測定器 / MPPC / 素粒子実験 / 素粒子物理 / 素粒子 / 光検出器

Outline of Final Research Achievements

In order to reduce systematic uncertainties in T2K long-baseline neutrino oscillation experiment, a new detector for measuring neutrino interactions is designed and built to better control the uncertainties of the neutrino-nucleus cross sections. A method to reduce systematic uncertainties by measuring interactions with water and scintillator targets and taking their ratio was established. The difference in interaction cross-sections due to different target nuclei was measured with an accuracy of better than 10%.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ニュートリノ振動の測定精度を向上させるために，格子状に組み合わせ薄型のプラスチックシンチレーターを水中につけ，水とニュートリノの反応を測定する新型のニュートリノ測定装置を開発した。WAGASCI検出器と名付けられたこの装置をJ-PARC加速器施設のニュートリノビームラインに設置してニュートリノ反応を測定し，水標的とシンチレーター標的での原子核の違いによる反応断面積の差を10%以下の精度で測定した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique/CEA Saclay(フランス)
• [Int'l Joint Research] Institute for Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] University of Geneva/CERN(スイス)
• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique/CEA Saclay(フランス)
• [Int'l Joint Research] Institute for Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [Int'l Joint Research] University of Geneva(スイス)
• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique(フランス)
• [Int'l Joint Research] Institute for Nuclear Physics(ロシア)
• [Int'l Joint Research] University of Geneva(スイス)
• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique(フランス)
• [Int'l Joint Research] Institute for Nuclear Physics(ロシア)
• [Int'l Joint Research] Fermi National Accelerator Laboratory(アメリカ)
• [Int'l Joint Research] Ecole Polytechnique(フランス)
• [Int'l Joint Research] Institute for Nuclear Physics(ロシア)
• [Int'l Joint Research] Fermi National Accelerator Laboratory(アメリカ)
• [Journal Article] Measurement of the muon neutrino charged-current cross sections on water, hydrocarbon and iron, and their ratios, with the T2K on-axis detectors (2019)
  • Author(s): K. Abe, T. Ishida, Y. Oyama et al.
  • Journal Title: Prog Theor Exp Phys Volume: 2019 Pages: 1-30
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz070
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Search for CP violation in Neutrino and Antineutrino Oscillations by the T2K experimen with 2.2x10^21 protons on target (2018)
  • Author(s): K.Abe, T.Ishida, Y.Oyama et al
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 121 Pages: 171802-171802
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.171802
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Combined Analysis of Neutrino and Antineutrino Oscillations at T2K (2017)
  • Author(s): T. Nakaya, M. Yokoyama and the T2K Collaboration
  • Journal Title: Phys. Rev. Lett. Volume: 118 Pages: 151801-151801
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.151801
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Updated T2K measurements of muon neutrino and antineutrino disappearance using 1.5×10^21 protons on target (2017)
  • Author(s): T. Nakaya, T. Nakadaira, A.K. Ichikawa, Y. Seiya 他 (T2K Collaboration 約300名)
  • Journal Title: Phys.Rev. D Volume: 96 Pages: 011102-011102
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.011102
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Measurement of the muon neutrino inclusive charged-current cross section in the energy range of 1-3GeV with the T2K INGRID detector (2016)
  • Author(s): T. Nakaya, M. Shiozawa, and the T2K collaboration
  • Journal Title: Phys. Rev. D Volume: 93 Pages: 072002-072002
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.072002
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Water/CH Neutrino Cross Section Measurement at J-PARC (WAGASCI Experiment) (2015)
  • Author(s): T. Koga, N. Chikuma, F. Hosomi, M. Yokoyama et al.
  • Journal Title: JPS Conf.Proc. Volume: 8 Pages: 023003-023003
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.023003
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ニュートリノ検出器WAGASCI用エレクトロニクスの性能試験 (2019)
  • Author(s): 鞠谷温士
  • Organizer: 第9回高エネルギー物理春の学校
• [Presentation] T2Kニュートリノ振動実験による反電子ニュートリノ出現とCP対称性の破れの探索の最新結果 (2018)
  • Author(s): 横山将志
  • Organizer: 日本物理学会 2018年秋季大会
  • Invited
• [Presentation] 水標的格子型検出器WAGASCIを用いた反ニュートリノビーム測定の現状 (2018)
  • Author(s): 竹馬匠泰
  • Organizer: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [Presentation] ニュートリノ検出器WAGASCIにおける時間情報取得システムの改善 (2018)
  • Author(s): 松下昂平
  • Organizer: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [Presentation] Long-baseline neutrino experiments (2018)
  • Author(s): 横山将志
  • Organizer: The 39th International Conference on High Energy Physics (ICHEP2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] J-PARCT59実験:新検出器WAGASCI における反ニュートリノビーム測定の現状 (2018)
  • Author(s): 竹馬匠泰
  • Organizer: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [Presentation] Off-axis 角が異なる 2 つの T2K 前置検出器を用いたニュートリノ-原子核反応の測定と比較 (2018)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [Presentation] 多チャンネルの MPPC の制御読み取りに向けた SPIROC2D を用いたエレクトロニクスの開発状況及び性能評価試験 (2017)
  • Author(s): 田村 陸
  • Organizer: 日本物理学会 2017 年秋季大会
• [Presentation] T2K ND280 Upgrade (2017)
  • Author(s): 横山将志
  • Organizer: 11th International Workshop on Neutrino-Nucleus Scattering in the Few-GeV Region
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 水とプラスチックにおけるニュートリノ 反応断面積測定のための WAGASCI 実験 (2017)
  • Author(s): 細見郁直
  • Organizer: 第 23 回 素粒子物理国際研究センターシンポジウム
• [Presentation] ニュートリノ検出器 WAGASCI におけるデータ収集システムの開発 (2017)
  • Author(s): 竹馬匠泰
  • Organizer: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [Presentation] ニュートリノ検出器 WAGASCI に向けた SPIROC2D を用いた新エレクトロニクスの性能評価試験 (2017)
  • Author(s): 田村陸
  • Organizer: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [Presentation] 格子型ニュートリノ検出器 INGRID Water Module を用いた ニュートリノ・水原子核反応断面積の測定 (2017)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [Presentation] WAGASCI 実験のための新たな水モジュール検出器の建設 (2017)
  • Author(s): 細見郁直
  • Organizer: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [Presentation] ニュートリノビームを用いた水とプラスチックにおけるニュートリノ反応断面積測定のための新検出器INGRIDWaterModuleの建設 (2016)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: 日本物理学会 第71回年次大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-03-19
• [Presentation] Development of new electronics for a new detector WAGASCI (2016)
  • Author(s): 田村陸
  • Organizer: International work- shop on future potential of high intensity accelera- tors for particle and nuclear physics (HINT2016)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The T2K Near Detector Upgrade (2016)
  • Author(s): 横山将志
  • Organizer: Workshop on Neutrino Near Detectors based on gas TPCs
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] J-PARC T59 WAGASCI 実験における 信号読出しシステムの開発 (2016)
  • Author(s): 竹馬匠泰
  • Organizer: 新学術領域「ニュートリノフロンティア」研究会
• [Presentation] Construction of new water module for the WAGASCI experiment (2016)
  • Author(s): 細見郁直
  • Organizer: 新学術領域「ニュートリノフロンティア」研究会
• [Presentation] 新ニュートリノ検出器INGRIDWater Module で取得した宇宙線データと MC シミュレー ションとの比較結果 (2016)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: 日本物理学会 2016 年秋季大会
• [Presentation] WAGASCI 実験の信号読み出しシステム の開発 (2016)
  • Author(s): 竹馬匠泰
  • Organizer: 計測システム研究会 2016
• [Presentation] New Water/Plastic Muon Neutrino Cross Section Ratio Measurement at J-PARC (2015)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: 10th International Workshop on Neutrino-Nucleus Interactions in the Few-GeV Region (NuInt15)
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2015-11-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Performance test of new MPPC for a new neutrino detector WAGASCI (2015)
  • Author(s): 細見郁直
  • Organizer: 4th International Conference on New Photo-Detectors (PhotoDet 2015)
  • Place of Presentation: モスクワ（ロシア）
  • Year and Date: 2015-07-06
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A new experiment at J-PARC to measure the neutrino cross section ratio between water and plastic (2015)
  • Author(s): 竹馬匠泰
  • Organizer: Flavor Physics and CP Violation 2015
  • Place of Presentation: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • Year and Date: 2015-05-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Precision neutrino cross section measurements and modeling for long-baseline oscillation experiments (2015)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: 4th Joint workshop of the France-Japan and France-Korea International Associated Particle Physics Laboratories
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学（沖縄県国頭郡）
  • Year and Date: 2015-05-20
• [Presentation] 新ニュートリノ検出器 WAGASCI: J-PARCニュートリノビームを用いた水とプラスチックにおけるニュートリノ反応断面積比測定実験 (2015)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: 日本物理学会 第 70 回年次大会
  • Place of Presentation: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 新ニュートリノ検出器WAGASCIのための新型MPPCの性能評価 (2015)
  • Author(s): 細見郁直
  • Organizer: 第21回素粒子物理国際研究センターシンポジウム
  • Place of Presentation: 岳美山荘（長野県北安曇郡白馬村）
  • Year and Date: 2015-02-08
• [Presentation] 新ニュートリノ検出器WAGASCIのための薄型プラスチックシンチレータの陽電子ビームを用いた性能評価 (2015)
  • Author(s): 竹馬匠泰
  • Organizer: 第21回素粒子物理国際研究センターシンポジウム
  • Place of Presentation: 岳美山荘（長野県北安曇郡白馬村）
  • Year and Date: 2015-02-08
• [Presentation] T2K 実験ニュートリノビームを用いた水とプラスチックにおけるニュートリノ荷電カレント反応断面積比測定のための新検出器WAGASCIの設計 (2014)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: 日本物理学会 2014 年秋季大会
  • Place of Presentation: 佐賀大学（佐賀県佐賀市）
  • Year and Date: 2014-09-18
• [Presentation] Water/CH Neutrino Cross Section Measurement at J-PARC (2014)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: J-PARC Symposium 2014
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2014-07-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Detector design and R&D for Water/CH Neutrino Cross Section Measurement (2014)
  • Author(s): 古賀太一朗
  • Organizer: XXVI Conference on Neutrino Physics and Astro- physics (Neutrino 2014)
  • Place of Presentation: ボストン（アメリカ）
  • Year and Date: 2014-06-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ニュートリノ振動高精度測定のための H2O/CH ニュートリノ反応断面積比測定 (2014)
  • Author(s): 竹馬匠泰
  • Organizer: 高エネルギー物理 春の学校 2014
  • Place of Presentation: びわこクラブ（滋賀県大津市）
  • Year and Date: 2014-05-29