K2K実験用の新しい電磁カロリメータの研究開発

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つくば-神岡間長基線ニュートリノ振動実験(KEK E362実験、通称K2K実験)の性能向上のため、電子ニュートリノの識別能力を飛躍的に向上させる電子カロリメータの研究関発を行った。検出器の基礎コンポーネントであるシンチレータの関発を主に行い一定の成果を得た。検出器は抽出法で製作されたシンチレータ(1cm×2cm×300cm)に波長変換ファイバー(1.5mmΦ)を通し、その光量を多チャンネル光電子増倍管で測定する。種々の関発を経て、シンチレータ1チャンネル当り平均20光電子の光量を得ることに成功した。また各シンチレータ毎にエネルギー測定を行うことで、電子ニュートリノの識別に加えて、ニュートリノ反応での陽子の同定、陽子の運動量測定、バックグラウンドπの除去、粒子数の計測が可能となる。陽子の同定と運動量測定、πの除去に関しては、KEKでビームテストを行い実際にその性能を測定し、シミュレーションの予想通りであることを確かめた。このため当初の目的であった電子ニュートリノの識別に加えて、ニュートリノの準弾性散乱を使ったニュートリノフラックスの測定、各種ニュートリノ反応の識別(準弾性散乱・1π生成・多粒子生成反応・中性カレント反応)も可能となるように検出器全体の設計を変更した。実際に実験で使用される検出器は総数2万チャンネルを持ち、全体積をニュートリノ標的とできる全感知型シンチレータ飛跡検出器としてデザインを行う。この新検出器は2001年度のKEK陽子加速器レビュー委員会で最高評価を得、2003年度夏に実験ホール設置で現在関発が進められている。この新検出器が導入されれば、K2K実験のニュートリノ振動探索感度を2倍以上上げることが可能となる。また、これまであまり系統的に研究されてこなかったGeV領域のニュートリノ相互作用の詳細な研究が可能となる。