Precise measurements of neutrino-nucleus interactions and neutrino oscillations with a new neutrino detector

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T2K長基線ニュートリノ振動実験において、新たな前置検出器SuperFGDを用いてニュートリノ-原子核反応断面積の精密測定を行い、その結果を元にニュートリノ 反応モデルの信頼性を高め不定性を削減することで、ニュートリノ振動の測定精度を究極まで高めることを目標としている。SuperFGD は，1 cm角の立方体のプラ スチックシンチレータを多数並べて，3方向から波長変換ファイバーで読み出すことで荷電粒子の飛跡の3方向への射影を不感領域なく得ることができる検出器で ある。SuperFGD検出器の建設自体は別予算で進んでおり，本研究ではSuperFGD建設後にすぐさま運用を定常化し，その性能を最大限に引き出すための開発を行っている。建設後にSuperFGD検出器の較正を行う手法を開発した。この手法は建設中の動作試験にも利用可能であり、SuperFGD検出器の性能を早期に確認し、またデータ解析を素早く始めるための重要な成果となった。さらに、波長変換ファイバーの特性を詳細に理解するためにレーザーダイオードや波形取得装置を購入し、測定システムを構築した。前年度に引き続き、飛跡・事象再構成ソフトウェアや機械学習を用いた新たな解析ソフトウェアの開発を進めた。特に電子ニュートリノ反応事象の選択に着目し、γ線由来の背景事象の除去や反応点の選択に関するアルゴリズムの開発を進めた。SuperFGD検出器本体の建設は、新型コロナウィルスや世界情勢の影響もあり当初の予定より遅れたが、200万個のシンチレータを組み上げ波長変換ファイバーを挿入して機械的な組み立て工程はほぼ完了した。その過程では大学院生が他国の研究者や大学院生と協力して作業を進めており、国際的な若手の育成も着実に進めている。