| 研究領域 | ニュートリノフロンティアの融合と進化 |
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| 研究課題/領域番号 |
25105002
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
中家 剛 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50314175)
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| 研究分担者 |
市川 温子 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50353371)
小関 忠 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 教授 (70225449)
中平 武 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 (30378575)
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| 研究期間 (年度) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| キーワード | ニュートリノ / 加速器 / 素粒子実験 / 粒子測定器 |
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| 研究実績の概要 |
ニュートリノにおけるCP対称性の研究のために、(1)陽子加速器J-PARCとT2Kニュートリノビームの大強度化、(2)ニュートリノ振動の感度向上のための系統誤差の改善、そして(3)ニュートリノ振動パラメータの精密測定、を進めてきた。
(1) 平成26年にJ-PARC加速器がハドロン事故から復旧した。また、ニュートリノビームラインを反ニュートリノビームが生成できるように改造した。最大ビーム強度320kWで約4ヶ月間運転し、反ニュートリノ振動の解析に必要なデータ（4E20陽子相当）を取得した。そして平成27年度夏に、T2K実験として初めての反ニュートリノ振動の結果を発表した。(2) 系統誤差の改善は、前置ニュートリノ測定器で反ニュートリノ反応事象を高純度で選択することで、10%を達成した。また今後の系統誤差改善のために重要な情報として、ニュートリノ反応断面積（荷電カレント準弾性散乱、荷電カレント包括反応、荷電カレントπ生成反応）を高精度で測定した。(3) これまで取ったニュートリノビームデータを使って、電子ニュートリノ出現とミューニュートリノ消失の総合解析を行い、４つのニュートリノ振動パラメータ（θ13、θ23、δCP、Δm2）を高精度で測定し、論文として発表した。
予算繰越の原因となった新型ニュートリノ測定器用に開発した光センサーは、無事に性能を改善し、宇宙線試験で十分な性能が確認できた。また、光センサーの全数試験後に新型ニュートリノ測定器に組み込み、その試作機を完成させた。
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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
本研究の目標は、T2K実験で大強度運転を実現し、ニュートリノ振動でCP対称性の測定を実現することである。そのために、J-PARC加速器の大強度化、T2Kニュートリノビームラインの大強度化、そしてニュートリノ振動測定の系統誤差の削減とそれを可能とする新型ニュートリノ測定器の開発が主テーマである。
当初計画通り、平成25年度に電子ニュートリノ出現を7.3σの信頼度で確立することに成功した。この成功は、θ13の値が大きかったことが幸いしているが、大強度ニュートリノビームデータのスムーズな取得と解析プログラムの大幅な改善が大きく寄与している。そして、原子炉θ13実験の結果を組み合わせ、ニュートリノ振動におけるCP対称性の探索を前倒しで開始し、CPが最大に破れているδ=-0.5πあたりがもっともデータと一致することを見つけた。また、種々のニュートリノ反応断面積の高精度測定にも成功した。
今回の繰越理由となった新型ニュートリノ測定器開発も、光センサーの改善により薄いシンチレータを使っても予想値の50%増の光量が達成でき、十分な検出効率を確保した。新型ニュートリノ測定器は、薄いシンチレータの間に水を満たし、水とニュートリノの反応を測定する性能が十分に出ていることが確認できた。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成25年度に電子ニュートリノ出現の信号を確立、平成26年度に反ニュートリノビーム生成に成功した。今後は、反ニュートリノ振動の測定精度を向上させならが、ニュートリノと反ニュートリノを直接比較することで、CPの破れの研究を進めていく。CPの測定には、さらなる高統計が必要で、J-PARC加速器のビーム増強が決定的に重要となる。今後、あらゆる方法を駆使して、J-PARC加速器の性能向上を目指す。一つの実行可能なアイデアは、本研究で開発してきたバンチ・バイ・バンチフィードバックシステムを使って、加速中のβ関数の測定を行い、その測定結果を使って加速器パラメータを最適化し、加速中のビームロスを削減する。また、統計の向上にはスーパーカミオカンデの検出効率の向上も重要である。これまでは、荷電カレント準弾性散乱のみを信号として取り扱ってきたが、新たに荷電カレントπ生成反応のサンプルも信号として取り組むことを考える。背景事象の除去や系統誤差の理解が必要となるが、成功すれば20%の検出効率の向上が期待できる。以上の様に実験手法と物理解析両方の改善に取り組み、CP対称性の測定感度を向上させる。また、将来のニュートリノCP実験では、さらなる系統誤差の削減が必要となる。本研究で、系統誤差3%を実現できる可能性のある新型ニュートリノ測定器の開発を進めていく。
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