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 measuring か ら, ニ ュ ー ト リ ノ の フ レ ー バ ー state が different な る quality の state が mixed 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 masato is の mass quality (class) に dependent し, こ れ は not だ not interpret で あ る. こ の quality class sex を decided す る powerful tools to な が ス ー パ ー カ ミ オ カ ン デ (SK) で の big 気 ニ ュ ー ト リ ノ 観 measuring だ が, water チ ェ レ ン コ フ 検 extractor で あ る SK で は ニ ュ ー ト リ ノ anti 応 で generated さ れ う る low エ ネ ル ギ ー ハ ド ロ ン の 検 out が difficult し か っ た. こ の point を improve す べ く, SK に は 2020 か ら mass ratio of 0.01%, in 2022 か ら 0.03% の ガ ド リ ニ ウ ム が import さ れ, SK - Gd と shout ば れ る 観 measuring フ ェ ー ズ が began し た. SK - Gd で は ガ ド リ ニ ウ ム に よ る temper in capture に with 8 mev う の ガ ン マ line を catch え る こ と に よ り, temper in の 検 sharper rate が big き く upward す る. This study で は こ の new た に may use と な っ た temper の intelligence を use い て, big 気 ニ ュ ー ト リ ノ の 観 measurement, vibration analytical の を empirically test み る. 2022 annual は, ガ ド リ ニ ウ ム の additional import に temper in the companion う 検 と capture the real destiny の variations change を geomagnetic surveillance し, additional import が expect tong line り わ れ た こ と を confirm し た. Big 気 ニ ュ ー ト リ ノ の parsing に masato し て は, ニ ュ ー ト リ ノ anti 応 で raw じ る in temper の generated position か ら capture location ま で の - a か ら in temper の exercise を see product も る こ と に よ り, ニ ュ ー ト リ ノ の エ ネ ル ギ ー, direction of arrival を reconstitution す る gimmick を 発, よ り し empirically, charged particle の み を 観 measuring す と compare る occasions Youdaoplaceholder0 てエネ ギ ギ てエネ · direction of arrival the precision of the てエネ is upward and the actual occurrence is た た. こ の new た な reconstitution technique を with い た occasions の quality class sex へ の sensitivity も see product も り を test, system error え な い occasions に は sensitivity の upward を confirm し た.

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