T2K実験の高度化によるニュートリノのCP対称性の測定

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06288
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 小林 隆 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, 教授 (70291317)
• 研究分担者: 外山 毅 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 加速器研究施設, 教授 (30207641) ; Friend Megan 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, 助教 (50649332) ; 木河 達也 京都大学, 理学研究科, 助教 (60823408) ; 南野 彰宏 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (70511674) ; 横山 将志 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (90362441) ; 中村 輝石 東北大学, 理学研究科, 助教 (80750463)
• 研究期間 (年度): 2016-04-26 – 2021-03-31
• キーワード: ニュートリノ / CP対称性 / J-PARC / スーパーカミオカンデ / ニュートリノ振動

研究実績の概要

T2K実験においてニュートリノと反ニュートリノの違いの測定にむけて、J-PARCメインリング加速器の高度化、ニュートリノビームラインの高度化およびニュートリノ前置検出器の高度化を進めてきた。最終年度には以下の研究課題を実施し、本研究のまとめを行った。
加速器の高度化： OTRプロファイルモニターの制作において、周回ビームのウェーク場がビーム不安定性を引き起こす懸念が大きいため、ビーム結合インピーダンスをシミュレーション及テストベンチ測定により評価を行った。最適な電磁波吸収体の種類(SiC とフェライト)やその設置位置を調査して、十分な減衰を達成できる目処が立った。ビーム位置モニターの信号処理回路を評価し、要求仕様（COD モード：約10 μm 以下、バンチ毎測定モード：約100 μm以下 ）を満たすものが完成した。
ニュートリノビームラインの高度化：非破壊型ビームプロファイルモニター(BIF)で取得したデータにもとづいて、位置校正方法の改善に取り組んだ。また、ビームライン最下流部にあるミューオンモニターでは、新しく電子増倍菅(EMT)と呼ばれるセンサーの開発とその性能評価を進めた。東北大ELPHでのビーム試験を実施し、EMTの線形性の確認や耐放射線性が十分であること、放射線劣化の原因特定、初期不安定性を再現しないこと、温度依存性が存在すること（J-PARCでの初期不安定性の要因と考えられる）が分かった。
前置検出器高度化：1cm角のプラスチックシンチレータキューブを多数積層した新構造のニュートリノ検出器「SuperFGD」では、国内外で制作された検出器部品をJ-PARCで統合する作業を進めた。これまでに開発した性能評価システムを用いて、約6万チャンネルの読み出しエレクトロニクスの性能評価を海外研究者と協力して進めた。またデータ収集システムの性能評価試験を行った。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] フェルミ国立加速器研究所(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: フェルミ国立加速器研究所
• [雑誌論文] SuperFGD prototype time resolution studies (2023)
  • 著者名/発表者名: Alekseev I., 他
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 18 ページ: P01012～P01012
  • DOI: 10.1088/1748-0221/18/01/P01012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Total neutron cross-section measurement on CH with a novel 3D-projection scintillator detector (2023)
  • 著者名/発表者名: Agarwal A, 他
  • 雑誌名: Physics Letters B 巻: 840 ページ: 137843～137843
  • DOI: 10.1016/j.physletb.2023.137843
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Scintillator ageing of the T2K near detectors from 2010 to 2021 (2022)
  • 著者名/発表者名: Abe K., 他
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 17 ページ: P10028～P10028
  • DOI: 10.1088/1748-0221/17/10/P10028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Impedance reduction by a SiC-loaded flange and its application to the J-PARC main ring septum magnet (2022)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Aine、Toyama Takeshi、Nakamura Takeshi、Shobuda Yoshihiro、Ishii Koji
  • 雑誌名: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 巻: 1031 ページ: 166515～166515
  • DOI: 10.1016/j.nima.2022.166515
• [学会発表] Improvement in PID methods for selecting electron neutrino events in the upgraded near detector of T2K (2023)
  • 著者名/発表者名: Wataru Okinaga
  • 学会等名: International Conference on the Physics of the Two Infinities
  • 国際学会
• [学会発表] Development of calibration method of the new near detector SuperFGD in the T2K experiment using cosmic muons (2023)
  • 著者名/発表者名: Shoma Kodama
  • 学会等名: International Conference on the Physics of the Two Infinities
  • 国際学会
• [学会発表] Assembly status of a new T2K near detector SuperFGD (2023)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Tanigawa
  • 学会等名: International Conference on the Physics of the Two Infinities
  • 国際学会
• [学会発表] Quality Control of wavelength shifting fibers for a new detector in T2K (2023)
  • 著者名/発表者名: Masaki Kawaue
  • 学会等名: International Conference on the Physics of the Two Infinities
  • 国際学会
• [学会発表] Recent results and future prospects from the T2K experiment (2023)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Kikawa
  • 学会等名: International Conference on the Physics of the Two Infinities
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Performance test of Multi-Pixel Photon Counters for Super-Fine Grained Detector of T2K (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshimi Yoshimoto
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] T2K実験新型前置検出器を用いた電子ニュートリノ事象選別のための反応点再構成手法の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小林北斗
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] T2K新型前置検出器における電子ニュートリノ事象選択のための粒子識別手法の改善 (2023)
  • 著者名/発表者名: 冲永和平
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] T2K実験新型前置検出器SuperFGDの組立状況 (2023)
  • 著者名/発表者名: 谷川輝
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] T2K実験第二フェーズ開始 - J-PARCニュートリノビーム増強と前置検出器の改良の進展と展望 - (2023)
  • 著者名/発表者名: 松原綱之
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
  • 招待講演
• [学会発表] T2K実験新前置検出器建設過程におけるケーブル接続・遮光確認システムの開発と運用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 對馬拓実
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] Readout electronics mass quality test of a new T2K near detector superFGD (2023)
  • 著者名/発表者名: Mahesh Jakkapu
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] T2K実験新前置検出器における波長変換ファイバーの品質試験 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川上将輝
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] T2K実験前置ニュートリノ検出器WAGASCIの時間分解能向上に向けたファームウェア開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 永井恒輝
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] T2K 実験 WAGASCI 検出器のフロントエンドエレクトロニクスの入力電荷量に対する線形性評価 (2023)
  • 著者名/発表者名: 工藤悠仁
  • 学会等名: 日本物理学会 2023年春季大会
• [学会発表] T2Kミューオンモニター用電子増倍管のビームテストで用いるビームプロファイル測定用Siフォトダイオードアレイの較正 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川村悠馬
  • 学会等名: 日本物理学会2023 春季大会
• [学会発表] Prospect of physics with large neutrino detectors (2022)
  • 著者名/発表者名: Masashi Yokoyama
  • 学会等名: Physics in LHC and Beyond
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The T2K Near Detector upgrade (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoi Eguchi
  • 学会等名: The 23rd International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Construction of a New Scintillation Tracker in T2K Experiment (2022)
  • 著者名/発表者名: Masaki Kawaue
  • 学会等名: The 23rd International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] EM shower reconstruction and electron neutrino selection with the T2K SuperFGD detector (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoi Eguchi
  • 学会等名: The XXX International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Neutrino 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] EM shower reconstruction and electron neutrino selection for the T2K near detector upgrade (2022)
  • 著者名/発表者名: Aoi Eguchi
  • 学会等名: The 21st international workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino De tectors (NNN22)
  • 国際学会
• [学会発表] Performance test of multi-pixel photon counters for super-fine grained detector of T2K (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshimi Yoshimoto
  • 学会等名: The 21st international workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino De tectors (NNN22)
  • 国際学会
• [学会発表] Development of calibration methods for the SuperFGD in the T2K experiment using cosmic muons (2022)
  • 著者名/発表者名: Shoma Kodama
  • 学会等名: The 21st international workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino De tectors (NNN22)
  • 国際学会
• [学会発表] The SuperFGD for the T2K near detector upgrade (2022)
  • 著者名/発表者名: Takuji Arihara
  • 学会等名: The 21st international workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino De tectors (NNN22)
  • 国際学会
• [学会発表] Readout electronics mass quality test of a new T2K near detector superFGD (2022)
  • 著者名/発表者名: Mahesh Jakkapu
  • 学会等名: The 21st international workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino De tectors (NNN22)
  • 国際学会
• [学会発表] DAQ development for Super-FGD in the T2K experiment (2022)
  • 著者名/発表者名: Jianrun Hu
  • 学会等名: The 21st international workshop on Next Generation Nucleon Decay and Neutrino De tectors (NNN22)
  • 国際学会
• [学会発表] Near detector analysis using simulated data sets to test the robustness of the neutrino interaction model used in the T2K oscillation analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Soichiro Kuribayashi
  • 学会等名: The XXX International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics (Neutrino 2022)
  • 国際学会
• [学会発表] T2K 前置検出器アップグレードに向けた 電子再構成手法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 江口碧
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] T2K 実験における新型前置検出器 SuperFGD の宇宙線を用いた時間分解能等に関する較 正手法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 児玉将馬
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] Readout electronics mass quality test of a new T2K near detector superFGD (2022)
  • 著者名/発表者名: Mahesh Jakkapu
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] T2K実験WAGASCI検出器のフロントエンドエレクトロニクスの改良 (2022)
  • 著者名/発表者名: 永井恒輝
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] T2K実験WAGASCI検出器フロントエ ンドエレクトロニクスを用いた電荷測定における線形性の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林北斗
  • 学会等名: 第10回高エネルギー物理春の学校
• [学会発表] T2K 実験における新型前置検出器の宇宙線等を用いた較正手法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 児玉将馬
  • 学会等名: 第10回高エネルギー物理春の学校
• [学会発表] T2K 新型前置検出器における電子ニュートリノ事象選択のための粒子識別手法の改善 (2022)
  • 著者名/発表者名: 冲永和平
  • 学会等名: 第 29 回 ICEPP シンポジウム
• [学会発表] T2K 実験新型前置検出器を用いた電子ニュートリノ事象選別のための反応点再構成手法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小林北斗
  • 学会等名: 第 29 回 ICEPP シンポジウム
• [学会発表] T2K実験新前置検出器のための遮光が不要な波長変換ファイバー試験システムの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 川上将輝
  • 学会等名: 日本物理学会 2022年秋季大会
• [学会発表] Development of Fiber QC System for a New Near Detector in T2K Experiment (2022)
  • 著者名/発表者名: 川上将輝
  • 学会等名: 2022年度新学術領域「ニュートリノで拓く素粒子と宇宙」研究会
• [学会発表] J-PARC MR 新 BPM 信号処理システムのための低反射・低歪信号アテネータ開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤健一郎
  • 学会等名: 日本加速器学会 第19回年会
• [学会発表] J-PARC Main Ring の入射ビームのための OTRと蛍光を用いたワイドダイナミックレンジプロファイルモニターの開発 (3) (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐々木知依
  • 学会等名: 日本加速器学会 第19回年会
• [学会発表] Proton Beam Monitor Upgrades for the J-PARC Neutrino Extraction Beamline (2022)
  • 著者名/発表者名: Megan Friend
  • 学会等名: The 23rd International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New muon monitor for J-PARC neutrino experiment (2022)
  • 著者名/発表者名: Takashi Honjo
  • 学会等名: The 23rd International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact 2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] J-PARC Neutrino Extraction Beamline Instrumentation (2022)
  • 著者名/発表者名: Megan Friend
  • 学会等名: The 12th International Workshop on Neutrino Beams and Instrumentation (NBI2022)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] T2K実験次期ミューオンモニター性能評価のための遷移放射光による電子ビームプロファイル測定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 笠間奏平
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] T2K実験ミューオンモニターのための電子増倍管の温度依存性及び放射線損傷の検証 (2022)
  • 著者名/発表者名: 瀧藤航一
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] J-PARCニュートリノビーム 大強度化に対応する ミューオンモニターの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 本條貴司
  • 学会等名: 日本物理学会 第77回年次大会
• [学会発表] T2K実験ミューオンモニターに用いる電子増倍管の電子ビーム照射試験における低強度ビームプロファイルについて (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本達也
  • 学会等名: 日本物理学会2022年秋季大会
• [学会発表] New Proton Beam Monitors for the J-PARC Neutrino Beamline (2021)
  • 著者名/発表者名: Megan Friend
  • 学会等名: The 22nd International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] New muon monitor for J-PARC neutrino experiment (2021)
  • 著者名/発表者名: Hina Nakamura
  • 学会等名: The 22nd International Workshop on Neutrinos from Accelerators (NuFact 2021)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] T2K実験ミューオンモニターに用いる電子増倍管の放射線耐性試験(1)：試験の概要 (2021)
  • 著者名/発表者名: 本條貴司
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] T2K実験ミューオンモニターに用いる電子増倍管の放射線耐性試験 (2): 電子増倍管の性能評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 和泉奈央
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] First Beam Profile Measurements by Beam Induced Fluorescence at the J-PARC Neutrino Extraction Beamline (poster) (2020)
  • 著者名/発表者名: Megan Friend
  • 学会等名: The 9th International Beam Instrumentation Conference (IBIC 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of the beam-induced fluorescence in a non-destructive beam profile monitor under development at J-PARC neutrino beamline (2020)
  • 著者名/発表者名: Son Cao
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] Toward MW-class High Power Proton Beam at the J-PARC Neutrino Beamline (poster) (2020)
  • 著者名/発表者名: Son Cao
  • 学会等名: XXIX International Conference on Neutrino Physics (Neutrino 2020)
  • 国際学会
• [備考] J-PARC施設公開2022 「オンラインでしか入れない！？J-PARCの最深部 大公開！」
  • URL: https://j-parc.jp/c/OPEN_HOUSE/2022/