| 研究課題/領域番号 |
20H00149
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分15:素粒子、原子核、宇宙物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
横山 将志 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90362441)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)
2023年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2022年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円)
2021年度: 18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2020年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円)
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| キーワード | ニュートリノ / 反応断面積 / 粒子測定器 / CP対称性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
申請者が現在行っているT2K長基線ニュートリノ振動実験では，世界で初めてニュートリノ振動における粒子-反粒子対称性の破れ(CP 対称性の破れ)の兆候を観測した。今後，CP対称性の確実な「発見」を目指すにあたり主要な制限となると予想される，ニュートリノ-原子核反応断面積の不定性による系統誤差を削減するため，J-PARC加速器施設内に設置した前置ニュートリノ検出器の新型装置へのアップグレードを進める。新たな前置検出器を用いてニュートリノ-原子核反応断面積の精密測定を行い，ニュートリノ反応モデルの信頼性を高め，ニュートリノ振動の精密測定を実現し，CP対称性の破れの発見を目指す。
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| 研究実績の概要 |
T2K長基線ニュートリノ振動実験において、新たな前置検出器SuperFGDを用いてニュートリノ-原子核反応断面積の精密測定を行い、その結果を元にニュートリノ 反応モデルの信頼性を高め不定性を削減することで、ニュートリノ振動の測定精度を究極まで高めることを目標としている。SuperFGD は，1 cm角の立方体のプラ スチックシンチレータを多数並べて，3方向から波長変換ファイバーで読み出すことで荷電粒子の飛跡の3方向への射影を不感領域なく得ることができる検出器で ある。SuperFGD検出器の建設自体は別予算で進んでおり，本研究ではSuperFGD建設後にすぐさま運用を定常化し，その性能を最大限に引き出すための開発を行っている。
建設後にSuperFGD検出器の較正を行う手法を開発した。この手法は建設中の動作試験にも利用可能であり、SuperFGD検出器の性能を早期に確認し、またデータ解析を素早く始めるための重要な成果となった。さらに、波長変換ファイバーの特性を詳細に理解するためにレーザーダイオードや波形取得装置を購入し、測定システムを構築した。前年度に引き続き、飛跡・事象再構成ソフトウェアや機械学習を用いた新たな解析ソフトウェアの開発を進めた。特に電子ニュートリノ反応事象の選択に着目し、γ線由来の背景事象の除去や反応点の選択に関するアルゴリズムの開発を進めた。
SuperFGD検出器本体の建設は、新型コロナウィルスや世界情勢の影響もあり当初の予定より遅れたが、200万個のシンチレータを組み上げ波長変換ファイバーを挿入して機械的な組み立て工程はほぼ完了した。その過程では大学院生が他国の研究者や大学院生と協力して作業を進めており、国際的な若手の育成も着実に進めている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
新型コロナウィルスによる感染症の世界的流行の影響を受けて，SuperFGD検出器の建設計画そのものには遅れが生じている。しかし、本研究で検出器の立ち上げとデータ解析の準備をあらかじめ進めることにより、建設後の運用から成果創出までの遅れは最小化することが可能である。また、各種テーマにおいては大学院生が主体的に研究に取り組んでおり、若手研究者の育成という面でも順調な成果が得られている。
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| 今後の研究の推進方策 |
SuperFGD検出器の設置は2023年度後半に予定されている。引き続き、ハードウェア・ ソフトウェア両面において開発を続け、検出器建設後の速やかな運用へとつなげる準備を整える。今後、著しい遅れが避けられない場合には、新しく開発した再構成アルゴリズムの一部を現存の前置ニュートリノ検出器のデータを用いて検証し、その性能を向上させるとともに新検出器へのベンチ マークに利用するなどの代替案により、研究の進展と物理成果の創出につなげる計画を用意している。
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