ステライルニュートリノ探索実験のためのニュートリノ検出器の開発

• 研究課題/領域番号: 16H03967
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 末包 文彦 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 教授 (10196678)
• 研究分担者: 丸山 和純 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80375401)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円); 2018年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2017年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円); 2016年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: ニュートリノ実験 / ステライルニュートリノ / ニュートリノ振動 / 液体シンチレーター / neutrino / sterile neutrino / JSNS / ニュートリノ

研究成果の概要

本研究でステライルニュートリノ(標準理論には含まれていない第４のニュートリノ)の検出器のR&Dを行なった．具体的には，液体シンチレーターの開発，検出器構造の概念設計及び各種テスト，信号検出用エレクトロニクスの準備などである．このR&Dの結果を利用してJSNS2実験のステライルニュートリノ検出器が制作され，2020年6月にJ-PARC研究所のMLF実験施設で実際のビームにより最初のデータ収集を行うことに成功した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究のニュートリノ検出器R&Dの結果を元にしてステライルニュートリノ検出器の制作が行われ，最初のデータ収集を行うことに成功した．今後高い信頼性でステライル ニュートリノ探索を行うことが可能となった．
ステライルニュートリノは素粒子の標準理論には含まれていない，弱い相互作用を行わない第４のニュートリノである．もしステライルニュートリノが発見されれば，これまでの常識を覆す非常に大きな学術的インパクトを素粒子物理に与え，我々の自然に対する理解を深めることになる．

研究成果

• [国際共同研究] Seoul Natl. U./Chonnam National University, Gwangju/Sungkyunkwan University, Suwon(韓国)
• [国際共同研究] Univ. of Michigan,/Univ. of Florida,/University of Alabama(米国)
• [国際共同研究] Sussex Univ.(英国)
• [雑誌論文] Production and optical properties of liquid scinatillator for the JSNS2 experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: J.S.Park, S.Y.Kim, C.Rott, D.H. Lee, D.Jung, F.Suekane, H.Furuta, H.I.Jangm H.K.Jeon, I.Yu, J.H.Choi, J.S.Jang, K.K.Joo, K.W.Ju, M.Pac, P.J.Gwak, S.B.Kim, S.Hasegawa, S.H.Jeon, T.Maruyama, R.Ujiie, Y.Hino and Y.s.Park
  • 雑誌名: JINST 巻: 14 号: 09 ページ: T09010-T09010
  • DOI: 10.1088/1748-0221/14/09/t09010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aging study of Gd concentration in LAB-based Gd loaded liquid scintillator exposed to passivated stainless steel (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Hino, H. Furuta, F. Suekane
  • 雑誌名: JINST 巻: 14 号: 09 ページ: P09007-P09007
  • DOI: 10.1088/1748-0221/14/09/p09007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stainless steel tank production and tests for the JSNS2 neutrino detector (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Hino, H. Furuta, S. Hasegawa, T. Maruyama, K. Nishikawa, J.S. Park, F. Suekane, Y. Sugaya
  • 雑誌名: JINST 巻: 14 号: 09 ページ: T09001-T09001
  • DOI: 10.1088/1748-0221/14/09/t09001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ステライルニュートリノ探索実験 JSNS2 における中性粒子由来の背景事象についての研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 雑誌名: 東北大学修士論文 巻: - ページ: 1-81
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Technical Design Report (TDR): Searching for a Sterile Neutrino at J-PARC MLF (E56, JSNS2) (2017)
  • 著者名/発表者名: 末包文彦，丸山和純，他JSNS2 collaboration 51名
  • 雑誌名: arXive 巻: 1705.08629 ページ: 1-91
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Status Report (22th J-PARC PAC ): Searching for a Sterile Neutrino at J-PARC MLF (E56 JSNS2) (2016)
  • 著者名/発表者名: 末包文彦，丸山和純，他JSNS2 collaboration 35名
  • 雑誌名: arXive 巻: 1610.08186v1 ページ: 1-20
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Searching for a Sterile Neutrino at J-PARC MLF: JSNS2 experiment (2016)
  • 著者名/発表者名: Takasumi Maruyama
  • 雑誌名: PoS(ICHEP2016) 巻: - ページ: 482-482
  • 査読あり
• [学会発表] Review of Accelerator-Based Sterile Neutrino Searches (2019)
  • 著者名/発表者名: T.Maruyama
  • 学会等名: J-PARC symposium, @Tokai, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Sterile Neutrino Search at J-PARC MLF (2019)
  • 著者名/発表者名: T.Maruyama
  • 学会等名: Erice School/Workshop, @Erice/Sicily, (Italy)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Status of JSNS2 Experiment (2019)
  • 著者名/発表者名: F.Suekane
  • 学会等名: NuFACT 2019, @Daegu, Korea
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 標準理論を超えるステライルニュートリノの探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 末包文彦
  • 学会等名: 日本物理学会第74回年次大会(2019.3) シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ニュートリノ振動：東北大の研究を中心として (2019)
  • 著者名/発表者名: 末包文彦
  • 学会等名: 東北大学 物理学専攻コロキウム
  • 招待講演
• [学会発表] J-PARC MLFの静止崩壊ニュートリノによるν-原子核反応測定の可能性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 末包文彦
  • 学会等名: 「ニュートリノ原子核反応とニュートリノ相互作用」研究会
• [学会発表] J-PARC MLFにおけるステライルニュートリノ探索実験(JSNS2; J-PARC E56) 2 (2019)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会 九州大学 2019年3月
• [学会発表] Sterile neutrino search experiment at J-PARC MLF (JSNS2, J-PARC E56)-3 (2019)
  • 著者名/発表者名: 桑田和樹
  • 学会等名: 日本物理学会年次大会 九州大学 2019年3月
• [学会発表] J-PARC MLFにおけるステライルニュートリノ探索実験(JSNS2; J-PARC E56) 2 (2019)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 学会等名: 日本物理学会 2019年秋季大会
• [学会発表] J-PARC MLFにおけるステライルニュートリノ探索実験JSNS2 (J-PARC E56) (2019)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 学会等名: Flavor Physics Workshop 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Review of the sterile neutrino searches (2018)
  • 著者名/発表者名: T.Maruyama
  • 学会等名: DBD2018, Hawaii
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] J-PARC MLFにおけるステライルニュートリノ探索実験(JSNS2; J-PARC E56) 2 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] Gd入り液体シンチレーターのステンレス耐性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] 8bit Flash ADCによる波形弁別能力の測定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桑田和輝
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Neutrino Oscillation & Sterile Neutrino Experiment JSNS2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Suekane
  • 学会等名: Seminar @ LPSC
  • 招待講演
• [学会発表] Neutrino Oscillation & Sterile Neutrino Experiment JSNS2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Suekane
  • 学会等名: Seminar ＠ CPPM
  • 招待講演
• [学会発表] Sterile Neutrino Experiment JSNS2: The direct test of the LSND anomaly (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Suekane
  • 学会等名: Seminar ＠ LPNHE
  • 招待講演
• [学会発表] Neutrino Oscillation & Sterile Neutrino Experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Suekane
  • 学会等名: Seminar @ CIEMAT
  • 招待講演
• [学会発表] Sterile Neutrino Search at JSNS2 experiment (2018)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Suekane
  • 学会等名: GDR Neutrino meeting @ LPNHE
  • 招待講演
• [学会発表] J-PARC MLFにおける ステライルニュートリノ探索実験 JSNS2 (J-PARC; E56) (2017)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Sterile Neutrino Searches at J-PARC MLF (2017)
  • 著者名/発表者名: Takasumi Maruyama
  • 学会等名: 39th course of INTERNATIONAL SCHOOL OF NUCLEAR PHYSICS IN ERICE, SICILY, 2017/Sep/17, Erice, Sicily, Italy
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] JSNS2 overview (2017)
  • 著者名/発表者名: Takasumi Maruyama
  • 学会等名: Korean Physics Society
  • 招待講演
• [学会発表] J-PARC MLFにおけるステライルニュートリノ探索実験JSNS2(J-PARC;E56) 2 (2017)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] ステライルニュートリノ検出のための 液体シンチレーターの 中性子バックグラウンド除去能力評価-2」 中間報告 (2017)
  • 著者名/発表者名: 末包文彦
  • 学会等名: 東北大CYRIC報告会
• [学会発表] ステライルニュートリノ探索実験JSNS2本体検出器設置候補地におけるビーム由来背景事象粒子識別測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 日野陽太
  • 学会等名: 日本物理学会
• [学会発表] Review of Short Baseline Programs in the World (2016)
  • 著者名/発表者名: 末包文彦
  • 学会等名: The international workshop on future potential of high intensity accelerators for particle and nuclear physics (HINT2016)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Searching for a Sterile Neutrino at J-PARC MLF: JSNS2 experiment (2016)
  • 著者名/発表者名: Takasumi Maruyama
  • 学会等名: 38th International Conference on High Energy Physics (ICHEP2016)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 波形弁別能力を実装したGd入り液体シンチレーターのCYRIC 70MeV中性子ビームを用いた性能評価測定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 古田久敬
  • 学会等名: 日本物理学会
• [図書] Cross T&T 第62号 (2019)
  • 著者名/発表者名: 丸山和純
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 一般財団法人 総合科学研究機構
• [図書] CYRIC annual report (2018)
  • 著者名/発表者名: Furuta H., Hino Y., Bezerra T.J.C., Chauveau E., Kiryu S., Narazaki T., Sharankova R., and Suekane F.
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 東北大学ラジオアイソトープセンター
• [図書] パリティ(2018年1月号)「ステライル ニュートリノの現在」 (2017)
  • 著者名/発表者名: 末包文彦
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 丸善出版
• [備考] J-PARC MLF中性子源を用いたステライルニュートリノ探索
  • URL: http://research.kek.jp/group/mlfnu/