ＳＨｉＰ実験計画におけるタウニュートリノ物理の詳細研究

• 研究課題/領域番号: 17H02887
• 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: 名古屋大学
• 研究代表者: 小松 雅宏 名古屋大学, 教養教育院, 准教授 (80345842)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 16,510千円 (直接経費: 12,700千円、間接経費: 3,810千円); 2019年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2018年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2017年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
• キーワード: タウニュートリノ / ニュートリノ / 原子核乾板 / スペクトロメーター

研究成果の概要

物質を構成する基本粒子であるクォーク・レプトン全12種類の内で、最もその性質が不明である素粒子はレプトンの一つであるタウニュートリノである。そのタウニュートリノを大統計で検証するためのSHiP実験計画を立案して、2015年に実験計画の提案を行ってきたが、実験計画のより詳細なデザインと性能を見極めるために、テスト実験および最適化の作業を行い。2019年にレポートとしてまとめ上げた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

タウニュートリノはその発見以来最もその性質が調べられていない基本粒子で、特にノーベル賞も与えられたニュートリノ質量の発見が示唆する標準理論を超える物理への糸口として注目が集まっている。宇宙論からも存在が示唆されるも未だ発見に至らないダークマターの解明につながる有力な糸口が第3世代レプトンのタウニュートリノである。
近年Ｂ中間子のタウニュートリノを崩壊にあおて、理論予想からのズレが複数の実験から報告され、ますますタウニュートリノの重要性は高まっている。ダークマターの解明や標準理論を超える物理への糸口としてタウニュートリノの詳細研究実験を実施することは重要で、その計画立案に大きな役割を果たした。

研究成果

• [国際共同研究] CERN/0Ecole Polytechnique de Lausanne/Physik-Institut, Universit¨ at Z¨urich(スイス)
• [国際共同研究] Sezione INFN di Napoli/Laboratori Nazionali di Frascati/0Sezione INFN di Cagliari(イタリア)
• [国際共同研究] Moscow State University/National Research Nuclear University/Joint Institute for Nuclear Research(ロシア連邦)
• [国際共同研究] University of Warwick/Imperial College London/University College London(英国)
• [国際共同研究] Universit¨at Hamburg, Hamburg/Johannes Gutenberg Universit ¨at Mainz/Universit¨at Bonn(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [国際共同研究] CERN/0Ecole Polytechnique de Lausanne/Physik-Institut, Universit¨at Z¨urich(スイス)
• [国際共同研究] Sezione INFN di Napoli/Laboratori Nazionali di Frascati/0Sezione INFN di Cagliari(イタリア)
• [国際共同研究] Moscow State University/National Research Nuclear University/Joint Institute for Nuclear Research(ロシア連邦)
• [国際共同研究] University of Warwick/Imperial College London/University College London(英国)
• [国際共同研究] Universit¨at Hamburg, Hamburg/Johannes Gutenberg Universit¨at Mainz/Universit¨at Bonn(ドイツ)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] DsTau: Study of tau neutrino production with 400 GeV protons from the CERN-SPS (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Aoki, A. Ariga, T. Ariga, 他27名
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 33 号: 1 ページ: 033-033
  • DOI: 10.1007/jhep01(2020)033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Final results on neutrino oscillation parameters from the OPERA experiment in the CNGS beam (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Agafonova, T. Fukuda, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al. (OPERA Collaboration)
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 100 号: 5 ページ: 0513011-8
  • DOI: 10.1103/physrevd.100.051301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fast simulation of muons produced at the SHiP experiment using Generative Adversarial Networks (2019)
  • 著者名/発表者名: C. Ahdida, S. Ogawa, H. Shibuya et al. (SHiP Collaboration)
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 14 号: 11 ページ: P11028-P11028
  • DOI: 10.1088/1748-0221/14/11/p11028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a balloon-style pressure vessel gondola for balloon-borne emulsion gamma-ray telescopes (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Rokujo, M. Komiyama, S. Aoki, K. Hamada, T. Hara et al.
  • 雑誌名: JINST 巻: 14(2019)09 号: 09 ページ: P09009-P09009
  • DOI: 10.1088/1748-0221/14/09/p09009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sensitivity of the SHiP experiment to Heavy Neutral Leptons (2019)
  • 著者名/発表者名: SHiP Collaboration (C. Ahdida (CERN) et al.).
  • 雑誌名: JHEP 巻: 1904 号: 4 ページ: 077-077
  • DOI: 10.1007/jhep04(2019)077
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Final results of the search for νμ → νe oscillations with the OPERA detector in the CNGS beam (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Agafonova, T. Fukuda, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al. (OPERA collaboration)
  • 雑誌名: Journal of High Energy Physics 巻: 2018 号: 6 ページ: 151-151
  • DOI: 10.1007/jhep06(2018)151
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Final Results of the OPERA Experiment on ντ Appearance in the CNGS Neutrino Beam (2018)
  • 著者名/発表者名: OPERA Collaboration (N. Agafonova (Moscow, INR) et al.).
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: 120 号: 13 ページ: 211801-211801
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.139901
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The active muon shield in the SHiP experiment (2017)
  • 著者名/発表者名: SHiP Collaboration (A. Akmete et al.)
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 12 号: 05 ページ: P05011-P05011
  • DOI: 10.1088/1748-0221/12/05/p05011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SHiP: a new facility with a dedicated detector for studying tau neutrino properties (2017)
  • 著者名/発表者名: SHiP Collaboration (M. Komatsu (Nagoya U.) for the collaboration).
  • 雑誌名: Nucl.Part.Phys.Proc. 巻: 287-288 ページ: 151-153
  • DOI: 10.1016/j.nuclphysbps.2017.03.065
  • 国際共著
• [雑誌論文] High-resolution tracking in a GEM-Emulsion detector (2017)
  • 著者名/発表者名: A. Alexandrov (INFN, Naples) et al..
  • 雑誌名: JINST 巻: 12 号: 09 ページ: P09001-P09001
  • DOI: 10.1088/1748-0221/12/09/p09001
  • 査読あり
• [学会発表] SHiP実験におけるタウニュートリノ研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小松 雅宏
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会
• [学会発表] SHiP実験計画におけるタウニュートリノのレプトンユニバーサリティ検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小松雅宏
  • 学会等名: 日本物理学科2019年年次大会
• [学会発表] OPERA実験の最終結果とSHiP実験計画におけるタウニュートリノ物理 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小松雅宏
  • 学会等名: 日本物理学会2018年秋季大会
• [学会発表] SHiP実験計画におけるニュートリノ物理 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小松雅宏
  • 学会等名: 日本物理学会秋季大会 宇都宮大学峰キャンパス