中性子検出を用いた大気ニュートリノ観測高度化による質量階層性の世界初決定

世界首次通过使用中子探测的先进大气中微子观测确定质量等级

• 批准号: 22KJ1069
• 负责人: 三木 信太郎
• 金额: $ 1.6万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1069/
• 关键词: 質量階層性; ニュートリノ振動; 大気ニュートリノ; スーパーカミオカンデ; SK-Gd

ニュートリノ振動現象の観測から、ニュートリノのフレーバー状態が異なる質量の状態が混ざったものであることは知られているが、どのように混合しているのかはニュートリノ質量の大小関係（質量階層性）に依存し、これは未だ未解明である。この質量階層性を決定する有力な手段がスーパーカミオカンデ（SK）での大気ニュートリノ観測だが、水チェレンコフ検出器であるSKではニュートリノ反応で生成されうる低エネルギーハドロンの検出が難しかった。この点を改善すべく、SKには2020年から質量比0.01%、2022年から0.03%のガドリニウムが導入され、SK-Gdと呼ばれる観測フェーズが開始した。SK-Gdではガドリニウムによる中性子捕獲に伴う8MeVのガンマ線を捉えることにより、中性子の検出効率が大きく向上する。本研究ではこの新たに利用可能となった中性子の情報を用いて、大気ニュートリノの観測・振動解析の高度化を試みる。2022年度は、ガドリニウムの追加導入に伴う中性子検出数と捕獲時定数の変化を常時監視し、追加導入が期待通り行われたことを確認した。大気ニュートリノの解析に関しては、ニュートリノ反応で生じる中性子の生成位置から捕獲位置までの変位から中性子の運動量を見積もることにより、ニュートリノのエネルギー・到来方向を再構成する手法を開発、より高度化し、荷電粒子のみを観測する場合と比較してエネルギー・到来方向の精度向上を実現した。この新たな再構成手法を用いた場合の質量階層性への感度も見積もり、系統誤差を考えない場合には感度の向上を確認した。

ニュートリノ Vibration Phenomenon の観measurementから、ニュートリノのフレーバー Status が が な る Quality の Mix ざ っ た も の で あ る こ と は know ら れているが, どのように Mixed しているのかは ニュートリノ Quality relationship (quality hierarchy) にdependence し, これは不だUnclear である.このquality hierarchyをdeterminationするstrongなmeansがスーパーカミオカンデ（SK）での大気ニュートリノ観measurementだが、水チェレンコフ検出器であるSKではニュートリノ Reflectionで生成されうるlow エネルギーハドロンの検出が狠しかった.このPointを Improvementすべく、SKには2020からQuality ratio 0.01%、2022から0 .03%のガドリニウムがImportされ、SK-GdとHUばれる観measurementフェーズがStartした. SK-Gdではガドリニウムによるneutral captureにbandう8MeVのガンマ线を取えることにより, neutral child の検出efficiency が大きくUPする. This research is based on the use of possible neutral information and advanced testing and vibration analysis of new technologies. In the year 2022, the additional introduction of the ガドリニウムの companion, the neutral child, the number of the neutral child, the fixed number at the time of capture, the constant monitoring, and the additional introduction of the expected pass, the confirmation of the passage are confirmed.大気ニュートリノのANALYSISに关しては、ニュートリノ Reflectionで生じるneutral childのgenesis Position から Capture position までの変 Position から Neutral child の amount of motion をSee accumulation もるこ とにより、ニュートリノのエネルギー・Arrival direction をReconstruction する Technique をkai発, よりAdvanced し, Charged particles Sub-のみを観measurementするoccasionとComparisonしてエネルギー・The accuracy of the arrival direction is upwardを実presentした. The new reconstruction method is based on the quality hierarchy of the occasion, the sensitivity of the system, and the system error of the occasion, and the sensitivity of the occasion is confirmed.

项目成果

SK-Gdでの中性子検出を用いた大気ニュートリノ再構成と振動解析

使用 SK-Gd 中子探测进行大气中微子重建和振动分析

• 发表时间: 2023
• 作者: . Yoshimochi;R. Takagi;J. Ju;S. Hayami;Nguyen D. Khanh;H. Saito;H. Sagayama;H. Nakao;T. Arima;Y. Tokura;T. Nakajima;S. Seki;三木信太郎
• 通讯作者: 三木信太郎

SK-Gdにおける中性子検出を用いたニュートリノ事象再構成手法

使用 SK-Gd 中子检测的中微子事件重建方法

• 发表时间: 2022
• 作者: . Yoshimochi;R. Takagi;J. Ju;S. Hayami;Nguyen D. Khanh;H. Saito;H. Sagayama;H. Nakao;T. Arima;Y. Tokura;T. Nakajima;S. Seki;三木信太郎;三木信太郎
• 通讯作者: 三木信太郎