ニュートリノ混合行列の究明に向けたニュートリノ―原子核反応断面積の精密測定

• 研究課題/領域番号: 26247034
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 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: 東京大学
• 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)
• 研究分担者: 南野 彰宏 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70511674)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 40,170千円 (直接経費: 30,900千円、間接経費: 9,270千円); 2018年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2017年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2016年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2015年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2014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 / 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

研究成果の概要

T2K長基線ニュートリノ振動実験におけるニュートリノ-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に，ニュートリノ反応を測定する新しい検出器を設計・建設した。水標的とシンチレーター標的での反応をそれぞれ測定し，比を取ることで系統誤差を削減する手法を確立し，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。

研究成果の学術的意義や社会的意義

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。

研究成果

• [国際共同研究] Ecole Polytechnique/CEA Saclay(フランス)
• [国際共同研究] Institute for Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] University of Geneva/CERN(スイス)
• [国際共同研究] Ecole Polytechnique/CEA Saclay(フランス)
• [国際共同研究] Institute for Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] University of Geneva(スイス)
• [国際共同研究] Ecole Polytechnique(フランス)
• [国際共同研究] Institute for Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] University of Geneva(スイス)
• [国際共同研究] Ecole Polytechnique(フランス)
• [国際共同研究] Institute for Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Fermi National Accelerator Laboratory(米国)
• [国際共同研究] Ecole Polytechnique(フランス)
• [国際共同研究] Institute for Nuclear Physics(ロシア連邦)
• [国際共同研究] Fermi National Accelerator Laboratory(米国)
• [雑誌論文] Measurement of the muon neutrino charged-current cross sections on water, hydrocarbon and iron, and their ratios, with the T2K on-axis detectors (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Abe, T. Ishida, Y. Oyama et al.
  • 雑誌名: Progress of Theoretical and Experimental Physics 巻: 2019 号: 9 ページ: 1-30
  • DOI: 10.1093/ptep/ptz070
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Search for CP violation in Neutrino and Antineutrino Oscillations by the T2K experimen with 2.2x10^21 protons on target (2018)
  • 著者名/発表者名: K.Abe, T.Ishida, Y.Oyama et al
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 121 号: 17 ページ: 171802-171802
  • DOI: 10.1103/physrevlett.121.171802
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Combined Analysis of Neutrino and Antineutrino Oscillations at T2K (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nakaya, M. Yokoyama and the T2K Collaboration
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 118 号: 15 ページ: 151801-151801
  • DOI: 10.1103/physrevlett.118.151801
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Updated T2K measurements of muon neutrino and antineutrino disappearance using 1.5×10^21 protons on target (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Nakaya, T. Nakadaira, A.K. Ichikawa, Y. Seiya 他 (T2K Collaboration 約300名)
  • 雑誌名: Phys. Rev. D 巻: 96 号: 1 ページ: 011102-011102
  • DOI: 10.1103/physrevd.96.011102
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Measurement of the muon neutrino inclusive charged-current cross section in the energy range of 1-3 GeV with the T2K INGRID detector (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Nakaya, M. Shiozawa, and the T2K collaboration
  • 雑誌名: Physical Review D 巻: 93 号: 7 ページ: 072002-072002
  • DOI: 10.1103/physrevd.93.072002
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Water/CH Neutrino Cross Section Measurement at J-PARC (WAGASCI Experiment) (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Koga, N. Chikuma, F. Hosomi, M. Yokoyama et al.
  • 雑誌名: JPS Conf.Proc. 巻: 8 ページ: 023003-023003
  • DOI: 10.7566/jpscp.8.023003
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 鞠谷温士
  • 学会等名: 第9回高エネルギー物理春の学校
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 横山将志
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
  • 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 竹馬匠泰
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 松下昂平
  • 学会等名: 日本物理学会 2018年秋季大会
• [学会発表] Long-baseline neutrino experiments (2018)
  • 著者名/発表者名: 横山将志
  • 学会等名: The 39th International Conference on High Energy Physics (ICHEP2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 竹馬匠泰
  • 学会等名: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 田村 陸
  • 学会等名: 日本物理学会 2017 年秋季大会
• [学会発表] T2K ND280 Upgrade (2017)
  • 著者名/発表者名: 横山将志
  • 学会等名: 11th International Workshop on Neutrino-Nucleus Scattering in the Few-GeV Region
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 細見郁直
  • 学会等名: 第 23 回 素粒子物理国際研究センターシンポジウム
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 竹馬匠泰
  • 学会等名: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 田村陸
  • 学会等名: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [学会発表] WAGASCI 実験のための新たな水モジュール検出器の建設 (2017)
  • 著者名/発表者名: 細見郁直
  • 学会等名: 第 72 回 日本物理学会年次大会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: 日本物理学会 第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Development of new electronics for a new detector WAGASCI (2016)
  • 著者名/発表者名: 田村陸
  • 学会等名: International work- shop on future potential of high intensity accelera- tors for particle and nuclear physics (HINT2016)
  • 国際学会
• [学会発表] The T2K Near Detector Upgrade (2016)
  • 著者名/発表者名: 横山将志
  • 学会等名: Workshop on Neutrino Near Detectors based on gas TPCs
  • 国際学会
• [学会発表] J-PARC T59 WAGASCI 実験における 信号読出しシステムの開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹馬匠泰
  • 学会等名: 新学術領域「ニュートリノフロンティア」研究会
• [学会発表] Construction of new water module for the WAGASCI experiment (2016)
  • 著者名/発表者名: 細見郁直
  • 学会等名: 新学術領域「ニュートリノフロンティア」研究会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: 日本物理学会 2016 年秋季大会
• [学会発表] WAGASCI 実験の信号読み出しシステム の開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 竹馬匠泰
  • 学会等名: 計測システム研究会 2016
• [学会発表] New Water/Plastic Muon Neutrino Cross Section Ratio Measurement at J-PARC (2015)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: 10th International Workshop on Neutrino-Nucleus Interactions in the Few-GeV Region (NuInt15)
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-11-16
  • 国際学会
• [学会発表] Performance test of new MPPC for a new neutrino detector WAGASCI (2015)
  • 著者名/発表者名: 細見郁直
  • 学会等名: 4th International Conference on New Photo-Detectors (PhotoDet 2015)
  • 発表場所: モスクワ（ロシア）
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] A new experiment at J-PARC to measure the neutrino cross section ratio between water and plastic (2015)
  • 著者名/発表者名: 竹馬匠泰
  • 学会等名: Flavor Physics and CP Violation 2015
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-05-25
  • 国際学会
• [学会発表] Precision neutrino cross section measurements and modeling for long-baseline oscillation experiments (2015)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: 4th Joint workshop of the France-Japan and France-Korea International Associated Particle Physics Laboratories
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学（沖縄県国頭郡）
  • 年月日: 2015-05-20
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: 日本物理学会 第 70 回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学（東京都新宿区）
  • 年月日: 2015-03-21
• [学会発表] 新ニュートリノ検出器WAGASCIのための新型MPPCの性能評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 細見郁直
  • 学会等名: 第21回素粒子物理国際研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 岳美山荘（長野県北安曇郡白馬村）
  • 年月日: 2015-02-08
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 竹馬匠泰
  • 学会等名: 第21回素粒子物理国際研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 岳美山荘（長野県北安曇郡白馬村）
  • 年月日: 2015-02-08
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: 日本物理学会 2014 年秋季大会
  • 発表場所: 佐賀大学（佐賀県佐賀市）
  • 年月日: 2014-09-18
• [学会発表] Water/CH Neutrino Cross Section Measurement at J-PARC (2014)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: J-PARC Symposium 2014
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2014-07-12
  • 国際学会
• [学会発表] Detector design and R&D for Water/CH Neutrino Cross Section Measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: 古賀太一朗
  • 学会等名: XXVI Conference on Neutrino Physics and Astro- physics (Neutrino 2014)
  • 発表場所: ボストン（アメリカ）
  • 年月日: 2014-06-02
  • 国際学会
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 竹馬匠泰
  • 学会等名: 高エネルギー物理 春の学校 2014
  • 発表場所: びわこクラブ（滋賀県大津市）
  • 年月日: 2014-05-29