Neutrino oscillation experiments with emulsion spectrometers

2013 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 23540347
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Particle/Nuclear/Cosmic ray/Astro physics
• Research Institution: Toho University
• Principal Investigator: SHIBUYA Hiroshi 東邦大学, 理学部, 教授 (40170922)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): MIKADO Shoji 日本大学, 生産工学部, 准教授 (80408947)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): OGAWA Satoru 東邦大学, 理学部, 教授 (10256761)
• Research Collaborator: FUKUDA Tsutomu 東邦大学, 理学部, 博士研究員 (10444390)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Keywords: 素粒子実験 / エマルション / 磁場 / ニュートリノ / ECC

Research Abstract

The OPERA experiment has found 4 tau-neutrino candidate events. 3 out of the 4 events are in hadronic decay channels of the tau lepton, where a hadron interaction could be a source of background. We therefore studied hadron interactions in an OPERA-like emulsion/lead target. We have found that they are well reproduced by a Monte Carlo simulation (MC) and have validated MC estimation of the background due to hadron interactions in the sample of tau decay candidates. As a result, the neutrino oscillations have been established with a significance of 4.2 sigma. We made emulsion detectors with springs and performed a test beam experiment. Appropriate strength of springs was obtained together with knowledge of brick handling. New techniques on a photomask to correct deformations in emulsion and on automatic scanning with wide-angle acceptance were successfully developed. These techniques will be applied in future neutrino experiments with emulsion spectrometers.

Research Products

• [Journal Article] Evidence for ν_μ→ν_t appearance in the CNGS neutrino beam with the OPERA experiment (2014)
  • Author(s): N. Agafonova, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計171名)
  • Journal Title: Phys. Rev Volume: D89 Pages: 051102(R)1-6
  • DOI: 10.1103/PhysRevD.89.051102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New results on ν_μ→ν_t appearance with the OPERA experiment in the CNGS beam (2013)
  • Author(s): N. Agafonova, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計169名)
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 11, 036 Pages: 0-31
  • DOI: 10.1007/JHEP11(2013)036
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for ν_μ→ν_e oscillations with the OPERA experiment in the CNGS beam (2013)
  • Author(s): N. Agafonova, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計163名)
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 07, 004 Pages: 0-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new method to correct deformations in emulsion using a precise photomask (2013)
  • Author(s): M. Kimura, H. Ishida, H. Shibuya, S. Ogawa, T. Matsuo, C. Fukushima, G. Takahashi, K. Kuge, Y. Sato, I. Tezuka, S. Mikado
  • Journal Title: Nucl. Instrum. Meth Volume: A711 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.nima.2013.01.052
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Automatic scanning of nuclear emulsions with wide-angle acceptance for nuclear fragment detection (2013)
  • Author(s): T. Fukuda, S. Fukunaga, H. Ishida, K. Kodama, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya, J. Sudo
  • Journal Title: Journal of Instrumentation Volume: 8, P01023 Pages: 0-12
  • DOI: 10.1088/1748-0221/8/01/P01023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam using the 2012 dedicated data (2013)
  • Author(s): T. Adam, T. Fukuda, H. Ishida, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計170名)
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 01, 153 Pages: 0-13
  • DOI: 10.1007/JHEP01(2013)153
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam (2012)
  • Author(s): T. Adam, T. Fukuda, H. Ishida, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計190名)
  • Journal Title: Journal of High Energy Physics Volume: 10 Pages: 093 -2-34
  • DOI: 10.1007/JHEP10(2012)093
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Search for ν_μ→ν_t oscillation with the OPERA experiment in the CNGS beam (2012)
  • Author(s): N. Agafonova, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計188名)
  • Journal Title: New J. Phys Volume: 14, 033017 Pages: 1-17
  • DOI: 10.1088/1367-2630/14/3/033017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Momentum measurement by the multiple Coulomb scattering method in the OPERA lead-emulsion target (2012)
  • Author(s): N. Agafonova, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計186名)
  • Journal Title: New J. Phys Volume: 14, 013026 Pages: 1-19
  • DOI: 10.1088/1367-2630/14/1/013026
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Measurement of charm production in neutrino charged-current interactions (2011)
  • Author(s): A. Kayis-Topaksu, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計88名)
  • Journal Title: New J. Phys Volume: 13, 093002 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1088/1367-2630/13/9/093002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Study of neutrino interactions with the electronic detectors of the OPERA experiment (2011)
  • Author(s): N. Agafonova, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya et al (計185名)
  • Journal Title: New J. Phys Volume: 13, 053051 Pages: 1-22
  • DOI: 10.1088/1367-2630/13/5/053051
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 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 (2014)
  • Author(s): 西村秋哉, 渋谷寛, 小川了, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会第69回年次大会
  • Place of Presentation: 東海大学湘南キャンパス(平塚市)
  • Year and Date: 2014-03-27
• [Presentation] Emulsion Neutrino Spectrometer for future neutrino experiments (2013)
  • Author(s): H. Shibuya, T. Fukuda, C. Fukushima, H. Ishida, M. Kimura, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa
  • Organizer: Workshop on Nuclear Track Emulsion and its Future
  • Place of Presentation: Predeal, Romania
  • Year and Date: 2013-10-14
• [Presentation] Study of Neutrino Oscillations in the OPERA Experiment (2013)
  • Author(s): T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, H. Shibuya, et al
  • Organizer: The 12th Asia Pacific Physics Conference (APPC12)
  • Place of Presentation: 幕張メッセ国際会議場 (千葉市)
  • Year and Date: 2013-07-17
• [Presentation] 原子核乾板自動飛跡選別装置FTS の開発 (2013)
  • Author(s): 土田勇介, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 松尾友和, 石田拓運, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 牧野隆起, 福永匠吾
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス(東広島市)
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] 原子核乾板における大角度飛跡測定のための自動飛跡読取装置の開発 (2013)
  • Author(s): 須藤純, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 松尾友和, 石田拓運, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 牧野隆起, 福永匠吾
  • Organizer: 日本物理学会 第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス(東広島市)
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] 最新鋭原子核乾板自動飛跡選別装置FTS を用いたOPERA 実験の解析 (2013)
  • Author(s): 福田努, 渋谷寛, 小川了, 松尾友和, 石田拓運, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 牧野隆起, 福永匠吾
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス(東広島市)
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] OPERA 実験におけるタウ・ハドロン崩壊バックグラウンドの新しい運動量領域解析 (2013)
  • Author(s): 鈴木平, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 松尾友和, 石田拓運, 土田勇介, 梶原崇史, 須藤純, 牧野隆起, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会 第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス(東広島市)
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] OPERA 実験におけるタウ崩壊事象に対するハドロンバックグラウンド (2013)
  • Author(s): 石田拓運, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 松尾友和, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 牧野隆起, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス(東広島市)
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] OPERA 実験におけるGran Sasso 研究所現地での Brick Handling 現状 (2013)
  • Author(s): 牧野隆起, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 松尾友和, 石田拓運, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス(東広島市)
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] OPERA 実験におけるτハドロン崩壊バックグラウンド推定値の評価 (2013)
  • Author(s): 松尾友和, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 石田拓運, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 牧野隆起, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会第68回年次大会
  • Place of Presentation: 広島大学東広島キャンパス(東広島市)
  • Year and Date: 2013-03-27
• [Presentation] Study of hadron interactions in OPERA-like bricks (2012)
  • Author(s): H. Shibuya, H. Ishida, T. Matsuo, S. Mikado, S. Ogawa, A. Sheshukov, et al
  • Organizer: The XXV International Conference on Neutrino Physics and Astrophysics
  • Place of Presentation: 京都テルサ(京都市)
  • Year and Date: 20120603-08
• [Presentation] OPERA 実験におけるテストビームを用いたハドロンバックグラウンド解析とその低 (2012)
  • Author(s): 石田拓運, 松尾友和, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 松尾友和, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 牧野隆起, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会2012年秋季大会
  • Place of Presentation: 京都産業大学(京都市)
  • Year and Date: 2012-09-12
• [Presentation] OPERA 実験における核破砕粒子・ガンマ線を用いたバックグラウンドの解析 (2012)
  • Author(s): 石田拓運, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 松尾友和, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス(西宮市)
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] GPU 搭載型次世代原子核乾板自動飛跡選別装置の開発と実用 (2012)
  • Author(s): 福田努, 渋谷寛, 小川了, 松尾友和, 石田拓運, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会第67回年次大会
  • Place of Presentation: 関西学院大学西宮上ケ原キャンパス(西宮市)
  • Year and Date: 2012-03-27
• [Presentation] Emulsion scanning system of Toho University (2011)
  • Author(s): H. Shibuya, S. Ogawa, T. Fukuda, S. Mikado, C. Fukushima, M. Kimura, T. Matsuo, H. Ishida, Y. Tsuchida, T. Kajiwara, J. Sudo, T. Suzuki
  • Organizer: Workshop on J-PARC E07 Experiment
  • Place of Presentation: Pusan National University (Busan, Korea)
  • Year and Date: 2011-10-09
• [Presentation] OPERA 実験における核破砕粒子・ガンマ線を伴うバックグラウンドの解析 (2011)
  • Author(s): 石田拓運, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 松尾友和, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 弘前大学文京町キャンパス(弘前市)
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] OPERA 実験におけるτハドロン崩壊のバックグラウンド解析 (2011)
  • Author(s): 松尾友和, 渋谷寛, 小川了, 福田努, 石田拓運, 土田勇介, 梶原崇史, 鈴木平, 須藤純, 三角尚治, 他
  • Organizer: 日本物理学会2011年秋季大会
  • Place of Presentation: 弘前大学文京町キャンパス(弘前市)
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Remarks]
  • URL: http://www.ph.sci.toho-u.ac.jp/lab/