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2015 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 / OPERA実験 / Appearance / 加速器 / CERN / 原子核乾板 / J-PARC
研究実績の概要

OPERA実験は、CERNの加速器SPSを用いて作ったミューニュートリノ(νμ)ビームを730km 離れたイタリア・グランサッソ研究所に照射し、タウニュートリノ(ντ)の出現の有無を調べ、ニュートリノ振動現象を最終検証する長基線加速器ニュートリノ振動実験である。

今年度は新たにタウニュートリノ反応事象を1例検出し、これまでの解析と合わせて計5例のタウニュートリノ反応事象の検出に成功した。この結果、検出した 5 例の事象をニュートリノ振動以外の既知の理由(背景事象)で説明できる確率は 1,000 万分の 1 しかなく、OPERAが目標としていた「ミューニュートリノからのタウニュートリノ出現」を信頼度5.1σ で"発見"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」が授与されている。
また、タウニュートリノ出現によるニュートリノ振動確率の測定結果を更新し、これらの成果をまとめた学術論文(Phys.Rev.Lett.115.121802)を公表した。今後は、引き続きバックグラウンド推定の精緻化研究を推進し、今年度中に結果をまとめ、タウニュートリノ出現による振動確率測定の精度向上を果たす。

また、本研究のために開発した原子核乾板解析技術を応用し、新たに提案した低エネルギーニュートリノ反応の詳細研究を目的とした実験計画(J-PARC T60実験)も推進した。水標的および鉄標的原子核乾板検出器をJ-PARCに設置し、ニュートリノビーム照射実験を実施した。

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

OPERAの最大の目的であったタウニュートリノ出現によるニュートリノ振動の直接観測を5.1σという業界で"発見"と見なされるレベルで達成した。今後のニュートリノ振動確率の測定精度向上に欠かせない、ντ反応の主要な背景事象となるハドロン反応の詳細研究も順調に進んでおり、今年度中に結果をまとめる予定である。これらの結果は、国際会議 La Thuile 2016での招待講演 "Discovery of ντ Appearance and Recent Results from OPERA" (by Tsutomu Fukuda) を始め、国内外の様々な学会等で発表している。また、2015年度のノーベル賞「ニュートリノが質量持つことを示すニュートリノ振動現象の発見」のAdvanced Informationでもこの成果が引用されている。以上の成果に繋がったOPERA実験の学術論文(Prog.Theor.Exp.Phys.2014,101C01)に対して第21回 日本物理学会 論文賞が授与された。

また、本研究を進める中で開発した新規技術の応用研究として原子核乾板を主検出器とする新しいニュートリノ実験プロジェクトを本研究者が実験代表者として立ち上げ、実際にJ-PARCにてニュートリノビーム照射実験を行っている。その結果、原子核乾板を用いたニュートリノ-水反応の検出(世界初)、T2K実験の前置検出器INGRIDとのハイブリッド解析によるミュー粒子同定等の結果を得た。

今後の研究の推進方策

現在進行中のハドロン反応の詳細解析を推進し、タウニュートリノ反応の選別条件を広げた新しいセレクションにおける高精度なバックグラウンド推定を行う。その結果を元に新しいセレクションによるニュートリノ振動確率の測定を行う。

また、新たに提案した低エネルギーニュートリノ反応の詳細研究は将来のニュートリノ研究にとって重要な知見をもたらし得る為、精力的に推進する。

次年度使用額が生じた理由

購入予定であったデータストレージ用のハードディスクの購入を見合わせたため。

次年度使用額の使用計画

データストレージ用のハードディスク・追加スキャンのためのシリコーンオイルを購入する。また、データ処理の並列化による時間短縮のための解析用PCの購入を検討している。その他、研究打ち合わせや成果発表のための旅費として使用する。

  • 研究成果

    (31件)

すべて 2016 2015 その他

すべて 国際共同研究 (6件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (19件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] グランサッソ国立研究所/ナポリ大学/ローマ大学(イタリア)

    • 国名
      イタリア
    • 外国機関名
      グランサッソ国立研究所/ナポリ大学/ローマ大学
    • 他の機関数
      5
  • [国際共同研究] ベルン大学(スイス)

    • 国名
      スイス
    • 外国機関名
      ベルン大学
  • [国際共同研究] アネシー大学/ストラスブール大学(フランス)

    • 国名
      フランス
    • 外国機関名
      アネシー大学/ストラスブール大学
  • [国際共同研究] ハンブルク大学(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ハンブルク大学
  • [国際共同研究] アンカラ大学(トルコ)

    • 国名
      トルコ
    • 外国機関名
      アンカラ大学
  • [国際共同研究]

    • 他の国数
      5
  • [雑誌論文] Discovery of ντ Appearance in the CNGS Neutrino Beam with the OPERA Experiment2015

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

      Physical Review Letters

      巻: 115 ページ: 121802

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.115.121802

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Limits on muon-neutrino to tau-neutrino oscillations induced by a sterile neutrino state obtained by OPERA at the CNGS beam2015

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

      Journal of High Energy Physics

      巻: 06 ページ: 069

    • DOI

      10.1007/JHEP06(2015)069

    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [学会発表] OPERA実験でのタウ崩壊検出におけるバックグラウンドとなるハドロン反応の研究2016

    • 著者名/発表者名
      水沢萌, 福田努 他OPERA実験共同研究者
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-21
  • [学会発表] J-PARC T60実験:J-PARCでの原子核乾板を用いたニュートリノビーム照射実験2016

    • 著者名/発表者名
      福田努 他T60実験共同研究者
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
  • [学会発表] J-PARCにおける原子核乾板を用いたニュートリノビーム照射実験T60 extensionの準備状況2016

    • 著者名/発表者名
      森元祐介, 福田努 他T60実験共同研究者
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
  • [学会発表] J-PARC T60実験:原子核乾板を用いた水標的検出器の解析2016

    • 著者名/発表者名
      松尾友和, 福田努 他T60実験共同研究者
    • 学会等名
      日本物理学会第71回年次大会
    • 発表場所
      東北学院大学泉キャンパス(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-03-19
  • [学会発表] Discovery of ντ Appearance and Recent Results from OPERA2016

    • 著者名/発表者名
      T. Fukuda on behalf of the OPERA Collaboration
    • 学会等名
      La Thuile 2016
    • 発表場所
      La Thuile, Italy
    • 年月日
      2016-03-07
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Neutrino Experiments with Nuclear Emulsion - OPERA & J-PARC T60-2016

    • 著者名/発表者名
      福田努
    • 学会等名
      22nd ICEPP Symposium
    • 発表場所
      岳美山荘(長野県安曇郡)
    • 年月日
      2016-02-29
  • [学会発表] Neutrino research program with Nuclear Emulsion - J-PARC T60 and future -2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Fukuda
    • 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2015
    • 発表場所
      ウェルシティー湯河原(神奈川県足柄下郡)
    • 年月日
      2015-12-03
  • [学会発表] The Experimental Project for Study of Neutrinos with Nuclear Emulsion at J-PARC2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Fukuda
    • 学会等名
      ISETS'15
    • 発表場所
      名古屋大学東山キャンパス(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2015-11-28
    • 国際学会
  • [学会発表] OPERAフィルムにおける荷電粒子の電離損失に対する応答2015

    • 著者名/発表者名
      福田努
    • 学会等名
      画像関連学会連合会 第二回秋季大会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-11-20
  • [学会発表] J-PARC における原子核乾板を用いたニュートリノ実験2015

    • 著者名/発表者名
      森元祐介, 福田努
    • 学会等名
      画像関連学会連合会 第二回秋季大会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-11-20
  • [学会発表] OPERA実験におけるハドロンバックグラウンドの詳細解析2015

    • 著者名/発表者名
      水沢萌, 福田努
    • 学会等名
      画像関連学会連合会 第二回秋季大会
    • 発表場所
      京都工芸繊維大学(京都府京都市)
    • 年月日
      2015-11-20
  • [学会発表] Experimental study of neutrino properties with modern nuclear emulsion technology - OPERA & J-PARC T60 -2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Fukuda
    • 学会等名
      神岡宇宙素粒子研究施設セミナー
    • 発表場所
      東京大学宇宙線研究所神岡宇宙素粒子研究施設(岐阜県飛騨市)
    • 年月日
      2015-10-27
    • 招待講演
  • [学会発表] J-PARC T60実験:J-PARCでの原子核乾板を用いたニュートリノビーム照射実験2015

    • 著者名/発表者名
      福田努 他T60実験共同研究者
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      大阪市立大学杉本キャンパス(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-09-26
  • [学会発表] J-PARCにおける原子核乾板を用いた次期ニュートリノビーム照射実験の準備状況2015

    • 著者名/発表者名
      森元祐介, 福田努 他T60実験共同研究者
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      大阪市立大学杉本キャンパス(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-09-26
  • [学会発表] ニュートリノ振動実験OPERAにおける大角度飛跡解析2015

    • 著者名/発表者名
      松尾友和, 福田努 他OPERA実験共同研究者
    • 学会等名
      日本物理学会2015年秋季大会
    • 発表場所
      大阪市立大学杉本キャンパス(大阪府大阪市)
    • 年月日
      2015-09-25
  • [学会発表] T60: Emulsion based test experiment in Neutrino beamline2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Fukuda on behalf of T60 Collaboration
    • 学会等名
      20th J-PARC PAC meeting
    • 発表場所
      J-PARC(茨城県東海村)
    • 年月日
      2015-07-16
  • [学会発表] Neutrino Research Program with Nuclear Emulsion at J-PARC2015

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Fukuda et al.,
    • 学会等名
      ICAI2015
    • 発表場所
      National Center of Science(東京都千代田区)
    • 年月日
      2015-06-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Performance of T60 Nuclear Emulsion2015

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Morimoto, Tsutomu Fukuda et al.,
    • 学会等名
      ICAI2015
    • 発表場所
      National Center of Science(東京都千代田区)
    • 年月日
      2015-06-19
    • 国際学会
  • [学会発表] Practical Performance of Fine Track Selector2015

    • 著者名/発表者名
      Tomokazu Matsuo, Tsutomu Fukuda et al.,
    • 学会等名
      ICAI2015
    • 発表場所
      National Center of Science(東京都千代田区)
    • 年月日
      2015-06-19
    • 国際学会
  • [備考] OPERA実験公式ホームページ

    • URL

      http://operaweb.lngs.infn.it/?lang=en

  • [備考] 平成26年度 日本写真学会 進歩賞 受賞

    • URL

      http://www2.ph.sci.toho-u.ac.jp/ogawa/news2014.html#2014_photo_award

  • [備考] プレスリリース:ニュートリノ振動現象存在の最終検証に成功

    • URL

      http://www.nagoya-u.ac.jp/about-nu/public-relations/researchinfo/upload_images/20150615_esi2.pdf

  • [備考] 第21回(2016年) 日本物理学会 論文賞 受賞

    • URL

      http://www2.ph.sci.toho-u.ac.jp/ogawa/news2015.html#2015_JPS_award_sendai

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公開日: 2017-01-06  

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