Neutrino cross section measurements to solve the mystery of the matter-dominated universe

中微子截面测量可解开物质主导的宇宙之谜

基本信息

批准号：
21K03588
负责人：
南野彰宏
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Yokohama National University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

現在の宇宙は反粒子がほとんど存在しない物質優勢宇宙であるが、このような宇宙が形成されたメカニズムは明らかになっていない。ニュートリノで粒子と反粒子の対称性（以後CP対称性）が破れていると、上記の物質優勢宇宙が実現される可能性がある。T2K実験は、データを増やし、系統誤差を低減することで、99.7%の信頼度でCP対称性の破れを示すことを目指している。本研究では、T2K実験の主要な系統誤差の一つである「ニュートリノと標的原子核の反応断面積の精密測定」を新型前置ニュートリノ検出器WAGASCIともう一つのT2K実験前置ニュートリノ検出器ND280を用いて行う。WAGASCIとND280はビーム軸に対して異なる角度に設置されているため、異なったエネルギー分布を持つため、2つの検出器のエネルギー分布を差し引きすることで、単一エネルギーに近いエネルギー分布でのニュートリノ反応断面積測定が可能となる。本研究では、ニュートリノ反応でミューオンが生成される荷電カレント反応（Charged Current反応（以後CC反応））のうち荷電パイオンが観測されないCC0パイオンモードの反応断面積測定を行う。2022年度の成果は以下である。(1) WAGASCI complexによる2023年4月からのニュートリノビーム測定に向けた準備および試運転を完了させた。(2) WAGASCI complex単独での水標的およびCH標的に対するCC0パイオン反応断面積測定において解析の正当性確認と系統誤差の見積もりを完了させた。またWAGASCI complexとND280の共通解析フレームワークの開発を進めた。(4) WAGASCI complexによって削減できるT2K実験の系統誤差を定量的に評価するシミュレーション研究を開始した。

目前的宇宙是一个以物质为主的宇宙，几乎没有反粒子，但这样的宇宙形成的机制尚不清楚。如果粒子与反粒子之间的对称性（以下简称CP对称性）在中微子中被破缺，则上述物质主导的宇宙就有可能实现。 T2K 实验旨在通过增加数据和减少系统误差，以 99.7% 的置信度证明 CP 对称性破缺。在本研究中，我们将使用新型前中微子探测器WAGASCI和另一台T2K实验前中微子探测器ND280来“精确测量中微子与目标核之间的反应截面”，这是主要的系统误差之一在T2K实验中它是使用完成的。由于WAGASCI和ND280相对于束轴的安装角度不同，因此它们具有不同的能量分布，因此通过减去两个探测器的能量分布，可以实现能量分布接近单一能量的中微子反应。 - 截面积测量成为可能。在本研究中，我们将测量CC0π介子模式的反应截面，在该模式中，中微子反应产生μ介子的带电电流反应（CC反应），在该模式中观察不到带电π介子。 2022 年的结果如下。（1）2023年4月起WAGASCI综合体中微子束测量的准备工作和试运行工作已经完成。 (2) 我们仅使用 WAGASCI 复合体完成了水目标和 CH 目标的 CC0 π 介子反应截面测量中的分析验证和系统误差估计。我们还继续开发 WAGASCI 复合物和 ND280 的通用分析框架。 (4) 我们已经开始了一项模拟研究，以定量评估 WAGASCI 复合体可以减少的 T2K 实验中的系统误差。