2014 Fiscal Year Annual Research Report
加速器ニュートリノビームによるニュートリノフロンティアの展開
| Project Area | Unification and Development of the Neutrino Science Frontier |
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| Project/Area Number |
25105002
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中家 剛 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50314175)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市川 温子 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (50353371)
小関 忠 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, その他部局等, 教授 (70225449)
中平 武 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, 准教授 (30378575)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | ニュートリノ / 加速器 / 素粒子実験 / 粒子測定器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ニュートリノにおけるCP対称性の研究のために、(1)陽子加速器J-PARCとT2Kニュートリノビームの大強度化、(2)ニュートリノ振動の感度向上のための系統誤差の改善、そして(3)ニュートリノ振動パラメータの精密測定、を進めてきた。
(1) 平成26年にJ-PARC加速器がハドロン事故から復旧した。また、ニュートリノビームラインを反ニュートリノビームが生成できるように改造した。最大ビーム強度320kWで約4ヶ月間運転し、反ニュートリノ振動の解析に必要なデータ（4E20陽子相当）を取得した。そして平成27年度夏に、T2K実験として初めての反ニュートリノ振動の結果を発表した。(2) 系統誤差の改善は、前置ニュートリノ測定器で反ニュートリノ反応事象を高純度で選択することで、10%を達成した。また今後の系統誤差改善のために重要な情報として、ニュートリノ反応断面積（荷電カレント準弾性散乱、荷電カレント包括反応、荷電カレントπ生成反応）を高精度で測定した。(3) これまで取ったニュートリノビームデータを使って、電子ニュートリノ出現とミューニュートリノ消失の総合解析を行い、４つのニュートリノ振動パラメータ（θ13、θ23、δCP、Δm2）を高精度で測定し、論文として発表した。
予算繰越の原因となった新型ニュートリノ測定器用に開発した光センサーは、無事に性能を改善し、宇宙線試験で十分な性能が確認できた。また、光センサーの全数試験後に新型ニュートリノ測定器に組み込み、その試作機を完成させた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の目標は、T2K実験で大強度運転を実現し、ニュートリノ振動でCP対称性の測定を実現することである。そのために、J-PARC加速器の大強度化、T2Kニュートリノビームラインの大強度化、そしてニュートリノ振動測定の系統誤差の削減とそれを可能とする新型ニュートリノ測定器の開発が主テーマである。
当初計画通り、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大幅な改善が大きく寄与している。そして、原子炉θ13実験の結果を組み合わせ、ニュートリノ振動におけるCP対称性の探索を前倒しで開始し、CPが最大に破れているδ=-0.5πあたりがもっともデータと一致することを見つけた。また、種々のニュートリノ反応断面積の高精度測定にも成功した。
今回の繰越理由となった新型ニュートリノ測定器開発も、光センサーの改善により薄いシンチレータを使っても予想値の50%増の光量が達成でき、十分な検出効率を確保した。新型ニュートリノ測定器は、薄いシンチレータの間に水を満たし、水とニュートリノの反応を測定する性能が十分に出ていることが確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度に電子ニュートリノ出現の信号を確立、平成26年度に反ニュートリノビーム生成に成功した。今後は、反ニュートリノ振動の測定精度を向上させならが、ニュートリノと反ニュートリノを直接比較することで、CPの破れの研究を進めていく。CPの測定には、さらなる高統計が必要で、J-PARC加速器のビーム増強が決定的に重要となる。今後、あらゆる方法を駆使して、J-PARC加速器の性能向上を目指す。一つの実行可能なアイデアは、本研究で開発してきたバンチ・バイ・バンチフィードバックシステムを使って、加速中のβ関数の測定を行い、その測定結果を使って加速器パラメータを最適化し、加速中のビームロスを削減する。また、統計の向上にはスーパーカミオカンデの検出効率の向上も重要である。これまでは、荷電カレント準弾性散乱のみを信号として取り扱ってきたが、新たに荷電カレントπ生成反応のサンプルも信号として取り組むことを考える。背景事象の除去や系統誤差の理解が必要となるが、成功すれば20%の検出効率の向上が期待できる。以上の様に実験手法と物理解析両方の改善に取り組み、CP対称性の測定感度を向上させる。また、将来のニュートリノCP実験では、さらなる系統誤差の削減が必要となる。本研究で、系統誤差3%を実現できる可能性のある新型ニュートリノ測定器の開発を進めていく。
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[Presentation] Review of Neutrino Beamline R&D2015
Author(s)
M. Friend
Organizer
International Workshop for the Next Generation Nucleon Decay and Neutrino Detector (NNN15)
Place of Presentation
Stony Brook University, Stony Brook, NY USA
Year and Date
2015-10-28 – 2015-10-31
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] J-PARC Neutrino Beamline Upgrade2014
Author(s)
T. Nakadaira
Organizer
9th International Workshop on Neutrino Beams and Instrumentation (NBI 2014),
Place of Presentation
Fermi National Accelerator Laboratory, Batavia, IL, United States
Year and Date
2014-09-23 – 2014-09-26
Int'l Joint Research / Invited
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