スペクトル解析によるニュートリノ振動現象の直接検証と振動パラメータの精密測定

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本年度はニュートリノ反応の詳細な研究を目的としてK2K実験前置検出器に一昨年度導入した「全感知型シンチレータ飛跡検出器(SciBar)」で得られたニュートリノデータの解析及び、本実験で得られた全データを用いたニュートリノ振動現象の検証及び振動パラメータ(特に質量の二乗差 Δm^2)の測定を行った。ニュートリノ反応の研究に関しては、近年運動量移行の小さい反応の反応断面積が理論予想よりも小さい事が観測され未解決であったが、私はSciBar検出器を用いて数あるニュートリノ反応の中でもコヒーレント単一メソン生成反応(ν+C→μ+π+C)がこの問題の主要な原因である事を証明し、実際に断面積を測定した。これは我々のエネルギー領域(〜1GeV)では世界初の測定結果であり、ニュートリノ反応に関する理論に対してのインパクトは大きいと考えられる。この結果は論文としてまとめすでに公表されている。(PRL95 252301)。振動現象の検証に関しては、まずニュートリノの生成標的直後に設置した前置検出器(SciBar検出器を含む)のデータを用いて生成直後のニュートリノビームの特性(フラックス、エネルギースペクトル)を測定し、振動が無い場合に250km先のスーパーカミオカンデ(SK)で観測される事象数、エネルギースペクトルの予想を行った。続いて、SKでの観測結果とその予想を比較し、99.997%(4.2σ)の信頼度でニュートリノ振動現象の存在を確認した。また振動パラメータに関してもΔm^2を約20%の精度で測定し、これは現在もっとも厳しい制限の一つとなっている。以上の結果について日本物理学会にて報告した。