【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】17340076 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

素粒子実験 / 放射線、X線、粒子線 / 加速器 / ニュートリノ / ビームモニター / 測定器 / ニュートリノ振動 / 原子核反応 / ニュートリノ質量 / フレーバー物理 / ニュートリノ反応

【研究成果の概要】

本研究では、2009年度開始予定の東海-神岡間長基線ニュートリノ振動実験(T2K実験)で採用する世界初非軸ニュートリノビームの生成方と制御方法、そしていかにビームを理解するかについて研究を行った。T2K実験では、まだ未確定のニュートリノ混合角θ13の測定と、ニュートリノ質量の二乗差と他の混合角θ23の精密測定を目指す。このために高品質・大強度ニュートリノビームの生成は実験の要である。本研究では平成17-18年の2年間で、次の5つの項目で飛躍的に研究を発展させた。
(1)K2K実験とスーパーカミオカンデ実験においてニュートリノ振動パラメータをより精密に決定した。この結果T2Kでのニュートリノビームの最適化が可能となった。
(2)ニュートリノビーム生成に関する研究を進めた.特にヨーロッパCERNで行ったハドロン生成測定実験(HARP実験)の結果を発表した。この結果、ニュートリノビームの性質をより正確に予測することが可能となった。
(3)ビーム制御に必要なミューオンモニター測定器の試作機を開発し、京大化研にある電子加速器のビームを使って測定器の性能を評価した。この結果、ビームモニターの実機版製作のデザインを確定できた。
(4)同じくビーム制御に必要なニュートリノモニター測定器の試作機を開発し、その性能評価を行った。また同時にビームパラメータの詳細をシミュレーションで評価した。
(5)ニュートリノ反応断面積測定のため新実験FNAL E954(sciBooNE実験)を米国フェルミ研で実現させた。SciBooNE実験で測定するニュートリノ反応断面積は、T2K実験でのニュートリノビームの理解に直結する。
以上の5つの成果をもって、より精密にT2K実験の非軸ニュートリノビーム生成方を理解することを可能とした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】12,400千円 (直接経費: 12,400千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】15540297 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

素粒子実験 / 測定器 / 加速器 / Bファクトリ / 素粒子 / ビームパイプ / Super KEKB / B中間子 / 超対称性 / 衝突点ビームパイプ / Bファクトリー / Geant4 / B->Dτν / Bs mixing

【研究成果の概要】

超扁平形衝突点ビームパイプの設計のための様々なスタディを行った。昨年度のスタディに基づき、ビームパイプ内側の形状を高さ1mm、幅10mm、長さ16mmとして設計を進めることにした。次に、ビームパイプの材質と、形状、厚さ等について検討した。材質については、純ベリリウムを採用した。厚さについても、500マイクロンとした。厚さについては、2mmとした。これらの設計値を元に、昨年に引き続いて測定器等のシミュレーションツールである、Geant4を利用して、幾つかの物理プロセスのシミュレーションを行った。本年度は、bクォーク対発生によるB中間子生成の事象と、その他のクォーク対発生の事象との区別が出来ないかを中心に調べた。解析対象の反応として、その他のクォーク対発生の事象が、混同しやすいと思われる、B中間子が二つの軽い荷電粒子に崩壊する反応について、調べた。CP側(B→Kpi)のバーテックスの検出精度が、超扁平形衝突点ビームパイプ使用事は、通常の半径1.5cmのビームパイプ使用時と比べて、z方向の精度(分解能)が約49マイクロンから15マイクロンへ改善されることがわかった。タグ側(B中間子の不例バーを測定する側)では、同じく103マイクロンが24マイクロンへと大きく向上することがわかった。タグ側と、CP側の崩壊位置のZ座標の差に関しては、130マイクロンが38マイクロンへと向上する。通常のクォーク対生成の場合は、Zの崩壊位置の差は0を中心に分布するので、検出精度が高ければ高いほど、通常のクォークついのイベントを抑制する事が出来る。この結果、信号雑音比において、CP側の崩壊モードによって約13から60%の向上が見られることがわかった。この結果は、2004年11月16~17日にKEKで行われた、第6回ハイルミノシティワークショップで海野が発表した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)

【研究分野】素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理

【研究領域課題番号】13852002 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ニュートリノ / ニュートリノ質量 / ニュートリノ振動 / 加速器 / フレーバー物理 / 測定器 / ニュートリノ反応 / フレーバー混合 / 素粒子 / フレーバー / パイ中間子 / ミューオン / 陽子 / シンチレーター

【研究成果の概要】

本研究では、加速器で生成したニュートリノビームを使って世界で初めてニュートリノ振動現象を確認した。1999年から2004年にかけて収集した92E18陽子/標的の全データを使い、スーパーカミオカンデで112加速器ニュートリノ事象を観測した。ニュートリノ振動無しの予測は158.4事象で、3σの優位度でニュートリノ振動によるミューオンニュートリノ消失を確認した。そして新たに設置した前置検出器、SciBarを使ってニュートリノ反応過程を詳細に研究し、ニュートリノエネルギースペクトルの精密測定を行なった。KEKでのニュートリノスペクトルと神岡でのスペクトルを比較し、ニュートリノ振動によるSKでのニュートリノのエネルギースペクトルの変化を確認した。ニュートリノ振動解析を行いニュートリノ振動無しの仮定を99.998%(4.3σ)で却下し、スーパーカミオカンデで発見されたニュートリノ振動を追試することに成功した。また同時に、ニュートリノ混合角sin^22θ=1.0で、ニュートリノ質量の二乗差を90%CLで(1.9〜3.5)×10^<-3>eV^2と世界最高レベルの精度で測定した。またこの結果には、我々がCERNで行なったハドロン生成測定実験(HARP実験)の最新結果も含めており、KEKから神岡へのニュートリノフラックスの外挿の精度を格段に向上させている。また、SciBar検出器では、ニュートリノによる荷電カレントコヒーレントπ生成反応が予想に反して格段に小さいことも発見した。最後にミューニュートリノから電子ニュートリノへの振動のシグナル、電子ニュートリノ出現事象を探索し、その感度を向上させsin^22θ_<μe><0.13@Δm^2=2.8×10^<-3>eV^2と上限値を設定した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2001 - 2005

【配分額】126,880千円 (直接経費: 97,600千円、間接経費: 29,280千円)