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2021 年度 実績報告書

宇宙ニュートリノによる標準模型を超えた物理の探索

計画研究

研究領域ニュートリノで拓く素粒子と宇宙
研究課題/領域番号 18H05538
研究機関千葉大学

研究代表者

石原 安野  千葉大学, 大学院理学研究院, 教授 (40568929)

研究分担者 永井 遼  千葉大学, 大学院理学研究院, 特任助教 (00801672)
伊藤 好孝  名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (50272521)
清水 信宏  千葉大学, 大学院理学研究院, 助教 (60869395)
研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2023-03-31
キーワードニュートリノ天文学 / 大気ニュートリノモデル / 標準理論を超える物理
研究実績の概要

IceCube-Gen2 Phase1配列に使用される新型光検出器モジュールD-Egg100台までを完成させた。製造時に得られた情報が解析時やオペレーション時の較正情報として取得可能となるようデータベースの構築を行った。それぞれのD-Eggの詳細な応答特性を調べるための三次元スキャンシステムを開発し、詳細な応答特性を調べその結果を修士論文として発表した。また、D-EggのPMTとDAQ基板の応答特性を実測及び電子基板のシミュレーション等により評価し、シミュレーションに組み入れ可能な応答特性モデルを構築した。一方、個別のD-Eggに対する詳細な応答特性の研究と共に全数性能試験システムの開発を進め平均的な描像理解を進めた。長期間にわたり全数の異なる温度でのゲインや単一光子反応などの性能を調べ、その結果の上記のデータベースに入力を行った。
宇宙線ハドロン相互作用とニュートリノフラックスの計算の精密化においては、大気ニュートリノフラックス計算モデルの100GeV以下領域での高精度化を進めた。大気ニュートリノフラックスの計算結果を、異なる加速器実験の生成断面積をビーム運動量をパラメータ化することでシミュレーション内での補正としてとりまとめ、その結果得られた大気ニュートリノモデルを既存のモデルと比較し、宇宙線国際学会(ICRC2021)において発表した。また、大気ニュートリノモデルでは10GeVを超えるエネルギー領域の不定性はK粒子の寄与からくることが知られている。高エネルギー粒子衝突での超前方領域におけるK粒子粒子生成を理解しさらなる高エネルギー領域での大気ニュートリノ流量における不定性の低減を行うことを目指し、衝突型加速器での超前方ストレンジネス測定にむけた検討を行い、次期LHCf実験での超前方観測のための新たなトリガーシステムやDAQシステムの検討を進めた。

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

コロナの影響を最小限に抑え、新型光検出器の大量生産を終了した。コロナの影響として、製造以外の海外分担分のファームウェア製造計画などに遅れが出、その結果ファームウェアの最終バージョンのインストールを遅らせることになり、最終試験の日程は当初予定よりも後ろにずれた。しかし、南極点での活動自体も制限されていたためコラボレーション全体に対するスケジュールの遅れといった影響は少なくむしろ光検出器の製造では日本グループが最もコロナの影響を受けず、コラボレーション全体の研究を牽引している状態が続いていた。本研究の目標である光検出器の製造自体は順調に進んだ一方で、コロナ禍での南極大陸における人員及び物品の輸送制限が建設の時期を遅らせる要因になったことは事実である。
大気ニュートリノフラックスモデルでは、そのベースラインとなる精密化を達成し、今後のさらなる精度の向上への検討を始めることが可能になった。

今後の研究の推進方策

達成すべきベースラインといえる成果は順調に得ており、今後はそのさらなる高精度化、高感度化を目指すことが重要である。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 18件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 17件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] University of Wisonsin at Madison/University of Meryland/Pennsylvania State University(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Wisonsin at Madison/University of Meryland/Pennsylvania State University
  • [国際共同研究] DESY/University of Munster(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      DESY/University of Munster
  • [国際共同研究] Sungkyunkwan University(韓国)

    • 国名
      韓国
    • 外国機関名
      Sungkyunkwan University
  • [雑誌論文] Search for High-Energy Neutrino Emission from Galactic X-ray Binaries with IceCube2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 930 ページ: L24

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac67d8

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Framework and Tools for the Simulation and Analysis of the Radio Emission from Air Showers at IceCube2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 17 ページ: P06026

    • DOI

      10.1088/1748-0221/17/06/P06026

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Strong Constraints on Neutrino Nonstandard Interactions from TeV-scale $\nu_\mu$ Disappearance at IceCube2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 129 ページ: 11804

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.129.011804

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for neutrino emission from cores of active galactic nuclei2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review D106 (2022)

      巻: 106 ページ: 22005

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.022005

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Density of GeV Muons in Air Showers Measured with IceTop2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 106 ページ: 32010

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.106.032010

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Low energy event reconstruction in IceCube DeepCore2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      The European Physical Journal C

      巻: 82 ページ: 807

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-022-10721-2

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Identifying High-energy Neutrino Transients by Neutrino Multiplet-triggered Follow-ups2022

    • 著者名/発表者名
      Shigeru Yoshida, Kohta Murase, Masaomi Tanaka, Nobuhiro Shimizu, Aya Ishihara
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 937 ページ: 108

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac8dfd

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for Unstable Sterile Neutrinos with the IceCube Neutrino Observatory2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 129 ページ: 151801

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.129.151801

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for Astrophysical Neutrinos from 1FLE Blazars with IceCube2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 938 ページ: 38

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac8de4

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Searching for High-energy Neutrino Emission from Galaxy Clusters with IceCube2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 938 ページ: L11

    • DOI

      10.3847/2041-8213/ac966b

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Search for Quantum Gravity Using Astrophysical Neutrino Flavour with IceCube2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      Nature Physics

      巻: 18 ページ: 1287

    • DOI

      10.1038/s41567-022-01762-1

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Evidence for Neutrino Emission from the Nearby Active Galaxy NGC 10682022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      Science

      巻: 378 ページ: 538

    • DOI

      10.1126/science.abg3395

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Graph Neural Networks for Low-Energy Event Classification & Reconstruction in IceCube2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      Journal of Instrumentation

      巻: 17 ページ: P11003

    • DOI

      10.1088/1748-0221/17/11/P11003

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Searches for Neutrinos from Gamma-Ray Bursts Using the IceCube Neutrino Observatory2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 939 ページ: 116

    • DOI

      10.3847/1538-4357/ac9785

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of Astrophysical Tau Neutrino Candidates in IceCube2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      European Physical Journal C

      巻: 82 ページ: 1031

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-022-10795-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Limits on Neutrino Emission from GRB 221009A from MeV to PeV Using the IceCube Neutrino Observatory2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 946 ページ: L26

    • DOI

      10.1140/epjc/s10052-022-10795-y

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Searches for Neutrinos from Large High Altitude Air Shower Observatory Ultra-highenergyホウ-Ray Sources Using the IceCube Neutrino Observatory2022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal Letters

      巻: 945 ページ: L8

    • DOI

      10.3847/2041-8213/acb933

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] IceCube Search for Neutrinos Coincident with Gravitational Wave Events from LIGO/ Virgo RunO32022

    • 著者名/発表者名
      R. Abbasi et al (The IceCube Collaboration)
    • 雑誌名

      The Astrophysical Journal

      巻: 944 ページ: 80

    • DOI

      10.3847/1538-4357/aca5fc

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Update of Honda atmospheric neutrino flux calculation with implementing recent hadron interaction measurement2021

    • 著者名/発表者名
      K.Sato
    • 学会等名
      37th international Cosmic Ray Conference (ICRC2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] IceCube Upgrade & the Performance of the D-Egg Optical Modules2021

    • 著者名/発表者名
      C.Hill
    • 学会等名
      TeV Particle Astrophysics 2021(TeVPA 2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] A next-generation optical sensor for IceCube-Gen22021

    • 著者名/発表者名
      A. Ishihara, N. Shimizu
    • 学会等名
      37th international Cosmic Ray Conference (ICRC2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] LHCf experiment:Current status and future prospect2021

    • 著者名/発表者名
      Y.Itow
    • 学会等名
      Low-x 2021
    • 国際学会
  • [学会発表] Photo-sensors for the South Pole Neutrino Observatory: IceCube and IceCube-Gen22021

    • 著者名/発表者名
      A. Ishihara
    • 学会等名
      the IEEE Nuclear Science Symposium on "Advanced technologies for future large-scale neutrino experiments"
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] ハドロン宇宙国際研究センター 研究成果 | ニュートリノ天文学 2021年度研究成果

    • URL

      http://www.icehap.chiba-u.jp/icecube/result2021.html

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公開日: 2023-12-25  

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