原子炉ニュートリノによるニュートリノ振動パラメータの精密測定

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13F03320
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 末包 文彦 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 准教授 (10196678)
• 研究分担者: JUNQUEIRA DE CASTRO BEZERRA Thiago 東北大学, ニュートリノ科学研究センター, 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: ニュートリノ振動 / θ13 / Double Chooz

研究実績の概要

H26年度はNear 検出器の建設を完成させ、データ収集を開始した．Near 検出器の建設では、東北大が担当している光電子増倍管と高電圧発生装置の調整を行い、またコミッショニングも東北大が中心に行った．Near検出器の初期データを解析し、雑音事象を取り除く方法の確立などを行った．
原子炉offのデータなどを使い、Far検出器のデータを用いた解析を改良し、(sin2θ13)**2=0.09±0.03と測定精度を上げた．また、ニュートリノ反応により発生するポジトロニウムの確認、宇宙線μ粒子の再構築などについての論文を発表した．ニュートリノのエネルギーが5MeV付近に予想されていなかった山があることを指摘した．他の原子炉実験Daya BayとRENOもこれを追認した．現在研究者の間では、この山の正体が何なのかが注目されている．
Bezerraが高エネルギー物理奨励賞と日本物理学会若手奨励賞を受賞し、博士論文がSpringer Thesesとして出版された．末包のニュートリノ振動に関する講義録"Neutrino Oscillations"がSpringerから出版された．

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

昨年度Near検出器の建設を完了することができた．コミッショニングも順調に進めることができ、データ収集を開始することができた．
Far検出器のみで(sin2θ13)**2に対して出した±0.03の精度は、当初の計画より良い精度である．また5MeVの正体不明の山が確認され、研究業界にインパクトを与えることになることも当初は予想していなかった．
一方加速器実験(T2K)と他の原子炉ニュートリノ実験(Daya Bay)の結果の関係が、標準的なニュートリノ振動の理論により説明できない状況が発生しており、本研究の重要性が大きく増している．
Bezerraが、昨年の東北大学総長賞に続き、高エネルギー物理奨励賞と日本物理学会若手奨励賞を受賞し、博士論文がSpringer Thesesとして出版されたことは、当初の計画以上の成果である．
また、末包の講義録が出版されたことも当初計画になかった．

今後の研究の推進方策

今後は、Near検出器とFar検出器のデータを組み合わせた解析を行い、θ13の精密測定を行う．
現在加速器実験(T2K)と他の原子炉ニュートリノ実験(Daya Bay)の結果の関係が、標準的なニュートリノ振動の理論により説明できない状況が発生しており、本研究の結果はそのアノマリーを解決するための一つの有力な情報になる．またNear検出器の高統計データを使い、5MeVの山の正体を追求し、ステラエルニュートリノの探索も行う．

研究成果

• [雑誌論文] Ortho-positronium observation in the Double Chooz Experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Abe, J.C. dos Anjos, J.C. Barriere, E. Baussan, I. Bekman, M. Bergevin, T.J.C. Bezerra, L. Bezrukov, E. Blucher, C. Buck, J. Busenitz, A. Cabrera, E. Caden, L. Camilleri, R. Carr, M. Cerrada, P.-J. Chang, E. Chauveau, P. Chimenti, A.P. Collin, et al. (Double Chooz Collaboration)
  • 雑誌名: JHEP 巻: 1410 ページ: 32
  • DOI: 10.1007/JHEP10(2014)032
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Improved measurements of the neutrino mixing angle θ13 with the Double Chooz detector (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Abe, J.C. dos Anjos, J.C. Barriere, E. Baussan, I. Bekman, M. Bergevin, T.J.C. Bezerra, L. Bezrukov, E. Blucher, C. Buck, J. Busenitz, A. Cabrera, E. Caden, L. Camilleri, R. Carr, M. Cerrada, P.-J. Chang, E. Chauveau, P. Chimenti, A.P. Collin, et al. (Double Chooz Collaboration)
  • 雑誌名: JHEP 巻: 1410 ページ: 086
  • DOI: 10.1007/JHEP10(2014)086, 10.1007/JHEP02(2015)074
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Precision Muon Reconstruction in Double Chooz (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Abe, J.C. dos Anjos, J.C. Barriere, E. Baussan, I. Bekman, M. Bergevin, T.J.C. Bezerra, L. Bezrukov, E. Blucher, C. Buck, J. Busenitz, A. Cabrera, E. Caden, L. Camilleri, R. Carr, M. Cerrada, P.-J. Chang, E. Chauveau, P. Chimenti, A.P. Collin, et al. (Double Chooz Collaboration)
  • 雑誌名: Nucl.Inst.Meth.Phys.Res. 巻: A ページ: -
  • DOI: j.nima.2014.07.058
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Background Independent Measurement of θ13 in Double Chooz (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Abe, J.C. dos Anjos, J.C. Barriere, E. Baussan, I. Bekman, M. Bergevin, T.J.C. Bezerra, L. Bezrukov, E. Blucher, C. Buck, J. Busenitz, A. Cabrera, E. Caden, L. Camilleri, R. Carr, M. Cerrada, P.-J. Chang, E. Chauveau, P. Chimenti, A.P. Collin, et al. (Double Chooz Collaboration)
  • 雑誌名: Phys.Lett. 巻: B735 ページ: 51-56
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2014.04.045
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Double Chooz実験の現状と今後 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松原綱之、Emmanuel Chauveau
  • 雑誌名: 高エネルギーニュース 巻: 33-3 ページ: 187～195
  • オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Improvement of θ13 Measurement in the Double Chooz Experiment and the First Effective Dm31^2 Measurement from Reactor Neutrino Oscillation at Different Baselines (2015)
  • 著者名/発表者名: Thiago Junqueira De Castro Bezerra
  • 学会等名: 日本物理学会 若手奨励賞受賞記念講演
  • 発表場所: 早稲田大学、東京
  • 年月日: 2015-03-21
  • 招待講演
• [学会発表] Status of Double Chooz Near Detector (2014)
  • 著者名/発表者名: Thiago Junqueira De Castro Bezerra
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 佐賀大学、佐賀
  • 年月日: 2014-10-07
• [図書] Neutrino Oscillations: A Practical Guide to Basics and Applications (2015)
  • 著者名/発表者名: F.Suekane
  • 総ページ数: 185
  • 出版者: Springer
• [図書] Double Chooz and Reactor Neutrino Oscillation (2014)
  • 著者名/発表者名: Thiago Junqueira Castro de Bezerra
  • 総ページ数: 200
  • 出版者: Springer
• [備考] ニュートリノ振動実験Double Chooz
  • URL: http://dchooz.titech.jp.hep.net
• [備考] 末包文彦のホームページ
  • URL: http://www.awa.tohoku.ac.jp/~suekane/