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2013 年度 実績報告書

加速器によるタウニュートリノ出現モードを用いたνμ→ντニュートリノ振動解析

研究課題

研究課題/領域番号 25707019
研究種目

若手研究(A)

研究機関東邦大学

研究代表者

福田 努  東邦大学, 理学部, 博士研究員 (10444390)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2017-03-31
キーワードニュートリノ振動 / タウニュートリノ / Appearance / 原子核乾板 / OPERA実験
研究概要

ミューニュートリノ(νμ)からタウニュートリノ(ντ)への振動をντ出現で検証する長基線加速器ニュートリノ振動実験OPERAの解析を推進した。OPERA実験で使用する原子核乾板検出器ECCはντ反応を直接観測した実績を持つ唯一の検出器で、この研究課題に最終決着を付けることができる。
2013年度の解析で第4例目のντ出現事象の検出に成功した。これまでに詳細解析を行った約6000事象のニュートリノ反応のうち、計4例のντ反応候補検出により、νμからのντ出現を背景事象から4.24σ(99.999%)の信頼度で観測し、世界最高感度を達成した。この成果に繋がった本研究課題代表者の解析技術開発に対して、平成26年度 日本写真学会 進歩賞「原子核写真乾板における自動飛跡認識技術の高度化研究」が授与された。
引き続き、ニュートリノ反応解析を進めてντ出現事象の統計を増やし、確度向上を図る。また、解析技術の改良によるντ反応の検出効率向上、補完実験によるバックグラウンド(BG)推定の精緻化を進めてゆき、ντ出現モードを用いたνμ→ντニュートリノ振動解析へ繋げる。

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

早い段階で4例目のντ出現事象が見つかったことが大きい。現在検出したντ反応候補事象は、3例がτからハドロンへの崩壊事象、1例がτからμへの崩壊事象である。
バックグラウンド推定は検出数の多いτ→ハドロン崩壊に着目し、その主要なBGであるハドロンの2次衝突反応についての精緻化研究を目的とした新たな実験をCERNで遂行した。現在、自動飛跡読取り装置での原子核乾板の飛跡データ取得は全て終了し、解析が進行中である。
2013年度は国際会議PASCOS2013での成果発表「Evidence of Tau Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam with the OPERA Experiment」(by Tsutomu Fukuda)を始め、12件の本研究課題に関連した国際会議(5件)、国内学会・研究会(7件)の発表を行った。

今後の研究の推進方策

(1) 現在までにOPERAで未検出なτ粒子の崩壊モードは、τから電子への崩壊モードである。ντ反応の検出効率向上にはこのモードに対する検出効率の改善が欠かせない。そこでECC中での系統的な電子検出技術の開発及びエネルギー測定技術の開発を進める。
(2) 同じくντ反応検出効率向上のために、短寿命で崩壊するτ粒子の探索を強化する。現在までに検出しているντ反応は全てτ粒子の飛跡が原子核乾板に記録されているもので、原子核乾板に到達する前の標的鉛板中で崩壊する事象が相当数あるはずである。
(3) バックグラウンド推定精緻化研究のための新たな補完実験では、ECCに2,3,4,5,6GeV/cのπ粒子を照射している。既にECC中での系統的なハドロン反応解析手法は確立しているので、この解析を着実に進める。
(4) 上記(1)-(3)で開発する技術や得られる知見はOPERA実験だけでなく、原子核乾板を用いた将来のニュートリノ実験・宇宙線実験等にも活用できる可能性がある。そこで学会・研究会等で多様な情報を収集し、より広い観点から原子核乾板の発展性や新しい実験について検討する。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (12件)

  • [雑誌論文] Evidence for νμ→ντ appearance in the CNGS beam with the OPERA experiment2014

    • 著者名/発表者名
      N. Agafonova, T. Fukuda et al.,
    • 雑誌名

      Physical Review D

      巻: 89 ページ: 051102

    • DOI

      10.1103/PhysRevD.89.051102

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New result on νμ→ντ appearance with the OPERA experiment in the CNGS beam2013

    • 著者名/発表者名
      N. Agafonova, T. Fukuda et al.,
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 11 ページ: 039

    • DOI

      10.1007/JHEP11(2013)036

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Search for νμ→νe oscillation with the OPERA experiment in the CNGS beam2013

    • 著者名/発表者名
      N. Agafonova, T. Fukuda et al.,
    • 雑誌名

      Journal of High Energy Physics

      巻: 07 ページ: 004

    • DOI

      10.1007/JHEP07(2013)004

    • 査読あり
  • [学会発表] OPERA実験におけるタウ崩壊のバックグラウンドとなるハドロン反応の研究

    • 著者名/発表者名
      西村秋哉*, 福田努, 他OPERA実験日本グループ
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東海大学(神奈川県平塚市)
  • [学会発表] J-PARCビームを使ったエマルジョンでのニュートリノ反応の研究

    • 著者名/発表者名
      福田努*, 他東邦大学emulsion group
    • 学会等名
      第二回 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
      KEK東海キャンパス(茨城県那珂郡)
  • [学会発表] 長基線ニュートリノ振動実験OPERAにおけるタウニュートリノ出現

    • 著者名/発表者名
      福田努*, 他OPERA実験共同研究者
    • 学会等名
      第20回 ICEPPシンポジウム
    • 発表場所
      岳美山荘(長野県北安曇郡)
  • [学会発表] The OPERA Experiment and Nuclear Emulsion Technology (ポスター)

    • 著者名/発表者名
      福田努*
    • 学会等名
      第二回 NINS コロキウム
    • 発表場所
      ヤマハリゾート「つま恋」(静岡県掛川市)
  • [学会発表] Recent progress of track recognition in nuclear emulsions

    • 著者名/発表者名
      T. Fukuda* et al
    • 学会等名
      International Symposium on EcoTopia Science '13
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • [学会発表] 原子核乾板における新しい自動飛跡認識技術

    • 著者名/発表者名
      福田努*, 他東邦大学emulsion group
    • 学会等名
      新学術領域「ニュートリノフロンティアの融合と進化」研究会
    • 発表場所
      クロス・ウェーブ府中(東京都府中市)
  • [学会発表] 原子核写真乾板における高精度自動飛跡認識技術の開発

    • 著者名/発表者名
      福田努*, 他東邦大学emulsion group
    • 学会等名
      日本写真学会秋季研究発表会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
  • [学会発表] Evidence of Tau Neutrino Appearance in a Muon Neutrino Beam with the OPERA Experiment

    • 著者名/発表者名
      T. Fukuda* on behalf of the OPERA collaboration
    • 学会等名
      International Symposium PASCOS 2013
    • 発表場所
      The GIS Int. Conv. Center (Taipei Taiwan)
  • [学会発表] Detector R&D of the Emulsion Neutrino Spectrometer for future neutrino experiments (ポスター)

    • 著者名/発表者名
      T. Fukuda*, H. Shibuya, et al
    • 学会等名
      International Workshop on NNN13
    • 発表場所
      Kavli IPMU(千葉県柏市)
  • [学会発表] Automated analysis of nuclear emulsions using new tracking technique

    • 著者名/発表者名
      T. Fukuda* et al
    • 学会等名
      Workshop on Nuclear Track Emulsion and its Future 2013
    • 発表場所
      Predeal (Romania)
  • [学会発表] Study of Neutrino Oscillations in the OPERA Experiment

    • 著者名/発表者名
      T. Matsuo*, T. Fukuda on behalf of the OPERA collaboration
    • 学会等名
      The 12th Asia Pacific Physics Conference of AAPPS
    • 発表場所
      Int. Conf. halls Makuhari Messe (千葉県千葉市)
  • [学会発表] 原子核写真乾板における大角度飛跡自動認識

    • 著者名/発表者名
      福田努*, 他東邦大学emulsion group
    • 学会等名
      日本写真学会年次大会
    • 発表場所
      千葉大学(千葉県千葉市)

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公開日: 2015-05-28  

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