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2013 年度 実績報告書

加速器ニュートリノビームを用いたCP対称性解明に向けた実験的研究

研究課題

研究課題/領域番号 24244030
研究機関京都大学

研究代表者

中家 剛  京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50314175)

研究分担者 横山 将志  東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90362441)
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2017-03-31
キーワード素粒子 / ニュートリノ / CP対称性 / 加速器 / ビーム
研究概要

本研究の主目的は「ニュートリノにおけるCP対称性の解明に向け」、(1) CP研究のシグナルとなるミューオンニュートリノから電子ニュートリノへの振動現象をT2K実験で確立する、(2) 電子ニュートリノ出現の確率を精密に測定することでニュートリノ振動におけるCP対称性の情報を得る、(3)反ニュートリノビームを使った実験感度を検討する、(4)将来のCP対称性測定実験の実現において重要な基幹技術である光センサーの開発研究、の4点である。
このうち、 (1)の電子ニュートリノ出現に関して、T2K実験でこれまでに取得した6.6E20陽子数の全データを使って、28個の電子ニュートリノ信号を観測した。電子ニュートリノ信号の信頼度は7.3σと大幅に向上し、当初の大目標であった電子ニュートリノへの振動現象を確立することに成功した。(2)CP対称性の研究に関しては、本測定と原子炉反ニュートリノ振動の測定と組み合わせることで、ニュートリノCPのパラメータδに世界で初めて制限を与えることに成功した。δの領域で、0.19π<δ<0.80πを90%の信頼度で排除した。 (3)に関して、T2K実験で反ニュートリノビームを利用した場合の物理感度を見積り、プロポーザルとしてJ-PARC PACに提出した。反ニュートリノビーム利用による、CP対称性や質量階層性に対する感度の改善を検討し、その優位性を実証した。(4)の新型光子センサー開発に関しては、8インチのHybrid Photo Detector (HPD)、高いQuantum Efficiencyをもった20インチ光電子増倍管の基礎特性を測定した。そして、神岡坑内のテスト用水チェレンコフ測定器に設置し、長期の水中試験のデータ収集を開始した。
以上、研究課題4点とも、当初の目標を十二分に達成した。

現在までの達成度 (区分)
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

本研究の大目標は、T2K実験のもつポテンシャルを最大限に引き出して世界で最初に電子ニュートリノ出現信号を確立し有限値でθ13を決定する、そして、その情報を使い反ニュートリノビームを使った世界初のCP対称性の実験を提案することである。研究計画調書に記した計画では、平成27年に電子ニュートリノ出現を5σの信頼度で確立、その後、反ニュートリノビームの生成を試み、平成28年に反ニュートリノ振動の研究を本格的に開始することであった。しかし、【研究実績の概要】で報告した通り、我々は平成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改善によるバックグラウンド事象の排除が大きく寄与している。また、当初の計画では不可能と考えていたニュートリノ振動におけるCP対称性の探索を開始し、CPが最大に破れているδ=0.5πのパラメータ領域を排除することにも成功している。これらの結果は既に論文に投稿してあり、本報告書の【雑誌論文】のページに報告してある。
我々は、この電子ニュート リノ出現の発見を受け、反ニュートリノビームを使ったCP対称性の実験感度の研究を前倒しで完成させた。そして、T2K実験における反ニュートリノビームの実験提案書を平成25年9月にJ-PARC PACに提出し、現在その物理感度をまとめた論文の執筆を進めている。また、反ニュートリノビームにおいても、平成26年度にテストランを開始するため、ハードウェアの準備を鋭意進めている最中である。
以上のように、当初の計画を前倒しで進め、大きな物理目標の達成に成功した。

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の確立に成功したので、今後はCP対称性の研究、そのために必要となるニュートリノ振動の精密測定、そして反ニュートリノビームを使ったニュートリノ研究に重点を移す。
平成26年度は、T2K実験としては初めての反ニュートリノビーム生成試験を予定している。平成26年6月に1E20陽子数程度の反ニュートリノデータを取得し、そのデータを元に反ニュートリノビームの特性と強度を測定する。さらに、3E20陽子数程度までデータを追加できた場合は、世界最高精度で反ニュートリノ振動パラメータの精密測定を実施する。これらの測定は将来のCPの研究の重要なインプットとなる。
CP対称性の測定感度向上には、更なるニュートリノビームデータの収集が必須である。また、振動パラメータθ23の正確な値もCP対称性の測定感度に直結する。よって、当面は振動パラメータθ23の精密測定を進め、更なるニュートリノデータの収集を続ける。現在の測定結果は、ニュートリノでCP対称性がδ=-0.5πで大きく破れているらしいことを示唆している。次の目標はニュートリノデータを2倍(15E20陽子数程度)に増やし、ニュートリノでCPが大きく破れている証拠(90%信頼度)を掴むことである。

  • 研究成果

    (43件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (35件) (うち招待講演 13件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] Observation of Electron Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam2014

    • 著者名/発表者名
      K. Abe, T. Nakaya, M. Yokoyama, 他 T2K collaboration
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Letter

      巻: 112 ページ: 061802 1-8

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.112.061802

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of Neutrino Oscillation Parameters from Muon Neutrino Disappearance with an Off-axis Beam2013

    • 著者名/発表者名
      K. Abe, T. Nakaya, M. Yokoyama, 他 T2K collaboration
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett

      巻: 111 ページ: 211803

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.111.211803

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Evidence of Electron Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam2013

    • 著者名/発表者名
      K. Abe, T. Nakaya, M. Yokoyama, 他 T2K collaboration
    • 雑誌名

      Phys. Rev. D

      巻: 88 ページ: 032002

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.88.032002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Measurement of the Inclusive NuMu Charged Current Cross Section on Carbon in the Near Detector of the T2K Experiment2013

    • 著者名/発表者名
      K. Abe, T. Nakaya, M. Yokoyama, 他 T2K collaboration
    • 雑誌名

      Phys. Rev. D

      巻: 87 ページ: 092003

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.87.092003

    • 査読あり
  • [学会発表] T2K前置検出器Proton Module、INGRIDを用いた、反ニュートリノ散乱断面積測定に向けた研究2014

    • 著者名/発表者名
      林野竜也
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] T2K実験、Proton Module検出器を用いたニュートリノ荷電カレント準弾性散乱断面積および荷電カレントコヒーレントπ生成反応断面積の測定結果2014

    • 著者名/発表者名
      木河達也
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] J-PARC MR INTRA-BUNCH FEEDBACK SYSTEM に向けたSTRIPLINE BPMの製作2014

    • 著者名/発表者名
      仲村佳悟
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] T2K実験ニュートリノモニターINGRIDを用いたニュートリノ反応断面積の測定結果2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木研人
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] T2K実験νμ→νe振動測定の最新結果2014

    • 著者名/発表者名
      家城佳
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] T2K前置検出器ホールにおける新型ニュートリノ検出器製作のための基礎研究2014

    • 著者名/発表者名
      吉田健人
    • 学会等名
      日本物理学会第69回年次大会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      20140327-20140330
  • [学会発表] Status of Neutrino Cross Section Measurements in the T2K Experiment2014

    • 著者名/発表者名
      K. Suzuki
    • 学会等名
      MoriondQCD 2014
    • 発表場所
      La Thuile, Italy
    • 年月日
      20140322-20140329
  • [学会発表] T2K neutrino oscillation results2014

    • 著者名/発表者名
      K. Ieki
    • 学会等名
      Lake Louise Winter Institute 2014
    • 発表場所
      Alberta, Canada
    • 年月日
      20140216-20140222
  • [学会発表] Current and future prospects on long-baseline neutrino experiments in Japan2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nakaya
    • 学会等名
      Prospects in Neutrino Physics (NuPhys2013)
    • 発表場所
      London, UK
    • 年月日
      20131219-20131220
    • 招待講演
  • [学会発表] T2K実験2013

    • 著者名/発表者名
      南野彰宏
    • 学会等名
      平成25年度東京大学宇宙線研究所共同利用研究成果発表会
    • 発表場所
      府中
    • 年月日
      20131207-20131208
  • [学会発表] Detector Design for Water/CH Neutrino Cross Section Measurement2013

    • 著者名/発表者名
      T. Hayashino
    • 学会等名
      NNN13
    • 発表場所
      Chiba, Japan
    • 年月日
      20131111-20131113
  • [学会発表] The Performance of Scintillator and WLS fiber in Water2013

    • 著者名/発表者名
      K. Yoshida
    • 学会等名
      NNN13
    • 発表場所
      Chiba, Japan
    • 年月日
      20131111-20131113
  • [学会発表] Intra-bunch feedback system at J-PARC Main Ring for high intensity neutrino beam2013

    • 著者名/発表者名
      K. Nakamura
    • 学会等名
      NNN13
    • 発表場所
      Chiba, Japan
    • 年月日
      20131111-20131113
  • [学会発表] US-Japan Neutrino Taskforce2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nakaya
    • 学会等名
      US-Japan Neutrino Taskforce Meeting
    • 発表場所
      US-Japan Neutrino Taskforce Meeting
    • 年月日
      20131017-20131018
  • [学会発表] Results from T2K2013

    • 著者名/発表者名
      南野彰宏
    • 学会等名
      KEK Theory Meeting on Particle Physics Phenomenology (KEK-PH2013 FALL)
    • 発表場所
      高エネルギー加速器研究機構
    • 年月日
      20130930-20131003
    • 招待講演
  • [学会発表] T2K実験ミューオンモニターを用いたニュートリノビームの評価2013

    • 著者名/発表者名
      平木貴宏
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20130920-20130923
  • [学会発表] T2K実験ニュートリノモニターINGRIDを用いたニュートリノ反応断面積の測定結果2013

    • 著者名/発表者名
      鈴木研人
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20130920-20130923
  • [学会発表] T2K実験、Proton Module検出器とINGRID検出器を用いたニュートリノ反応断面積測定の最新結果2013

    • 著者名/発表者名
      中家剛
    • 学会等名
      日本物理学会2013年秋季大会
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20130920-20130923
  • [学会発表] Ve事象の運動量・角度分布を用いたT2K Vμ→Ve 振動測定の最新結果2013

    • 著者名/発表者名
      家 城佳
    • 学会等名
      日本物理学会2013 年秋季大会
    • 発表場所
      高知
    • 年月日
      20130920-20130923
  • [学会発表] Experimental Status of Neutrino Physics2013

    • 著者名/発表者名
      横山 将志
    • 学会等名
      XXIV Workshop on Weak Interac- tions and Neutrinos (WIN13)
    • 発表場所
      ナタウ,ブラジル
    • 年月日
      20130916-20130921
    • 招待講演
  • [学会発表] Hyper-Kamiokande Project2013

    • 著者名/発表者名
      横山 将志
    • 学会等名
      16th Lomonosov Conference
    • 発表場所
      モスクワ,ロシア
    • 年月日
      20130822-20130828
    • 招待講演
  • [学会発表] Neutrino mixing: Results from accelerator experiments2013

    • 著者名/発表者名
      A.K. Ichikawa
    • 学会等名
      EPS HEP2013
    • 発表場所
      Stockholm, Sweden
    • 年月日
      20130718-20130724
    • 招待講演
  • [学会発表] Experiments at reactors and accelerators2013

    • 著者名/発表者名
      Atsuko K. Ichikawa
    • 学会等名
      International School on Astroparticle Physics 2013
    • 発表場所
      Canfranc-Estacion, Spain
    • 年月日
      20130714-20130723
    • 招待講演
  • [学会発表] Neutrino Analysis2013

    • 著者名/発表者名
      T. Nakaya
    • 学会等名
      The 2013 Tri-Institute Summer School on Elementary Particles (TRISEP)
    • 発表場所
      TRIUMF, Vancouver, Canada
    • 年月日
      20130701-20130712
    • 招待講演
  • [学会発表] Long Baseline Experiments in Japan2013

    • 著者名/発表者名
      横山 将志
    • 学会等名
      Colloquium Towards CP violation in neutrino Physics
    • 発表場所
      プラハ大学,プラハ,チェコ
    • 年月日
      20130523-20130524
    • 招待講演
  • [学会発表] Neutrino Program in Japan

    • 著者名/発表者名
      T. Nakaya
    • 学会等名
      ICFA Neutrino Panel: Asian Neutrino Community Meeting
    • 発表場所
      Kasiwa, Japan
    • 招待講演
  • [学会発表] Recent results from T2K on neutrino interaction

    • 著者名/発表者名
      T. Kikawa
    • 学会等名
      XXIV Workshop on Weak Interactions and Neutrinos (WIN 2013)
    • 発表場所
      Natal, Brazil
  • [学会発表] ニュートリノで迫る 素粒子の謎、宇宙の謎

    • 著者名/発表者名
      市川温子
    • 学会等名
      第1回湯浅年子賞授賞式
    • 発表場所
      御茶ノ水大学
    • 招待講演
  • [学会発表] Observation Gamma rays from neutral current quasi-elastic _in the T2K experiment

    • 著者名/発表者名
      黄坤賢
    • 学会等名
      Workshop of CC and NC Neutrino-Nucleus interactions and Supernova neutrinos
    • 発表場所
      岡山大学
  • [学会発表] Neutrino oscillation results from the T2K experiment

    • 著者名/発表者名
      K. Ieki
    • 学会等名
      INPA Seminar
    • 発表場所
      Berkley LAB, Berkeley, California, US
  • [学会発表] Neutrino oscillation results from the T2K experiment

    • 著者名/発表者名
      K. Ieki
    • 学会等名
      HEP Lunch Seminar
    • 発表場所
      University of Chicago, Chicago, Illinois, US
  • [学会発表] New results from T2K

    • 著者名/発表者名
      A. Minamino
    • 学会等名
      KEK physics seminar
    • 発表場所
      高エネルギー加速器研究機構
  • [学会発表] 現行ニュートリノ振動実験から期待される成果

    • 著者名/発表者名
      市川温子
    • 学会等名
      第一回 次世代の加速器ニュートリノ実験ワークショップ
    • 発表場所
      J-PARC
    • 招待講演
  • [学会発表] 反物質はどこへ _-素粒子実験が挑む物質優勢宇宙の謎-

    • 著者名/発表者名
      市川温子
    • 学会等名
      2013年度日本物理学会科学セミナー 「宇宙における物質の起源と進化」
    • 発表場所
      東京大学小柴ホール
    • 招待講演
  • [学会発表] θ13発見後のT2K実験

    • 著者名/発表者名
      市川温子
    • 学会等名
      ニュートリノフロンティアの融合と進化
    • 発表場所
      東京大学
    • 招待講演
  • [備考] 京大ニュートリノグループ

    • URL

      http://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp/research/Neutrino/index.html

  • [備考] T2K実験

    • URL

      http://t2k-experiment.org

  • [備考] 京大高エネルギー物理学研究室

    • URL

      http://www-he.scphys.kyoto-u.ac.jp

  • [備考] ハイパーカミオカンデ実験

    • URL

      http://www.hyperk.org

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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