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

基本信息

  • 批准号:
    22KJ1069
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.6万
  • 依托单位:
  • 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

项目摘要

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。
从中微子振荡现象的观察可知,中微子的味道态是不同质量的态的混合,但它们如何混合取决于中微子质量的大小关系(质量等级),而这一点目前还没有解决。 。使用超级神冈探测器(SK)进行大气中微子观测是确定这种质量等级的有效手段,但SK是一种水切伦科夫探测器,很难探测到中微子反应产生的低能强子。为了改善这一点,从2020年起将钆以0.01%的质量比引入SK,从2022年起将钆引入0.03%,并开始称为SK-Gd的观察阶段。 SK-Gd 通过捕获与钆捕获中子相关的 8 MeV 伽马射线,极大地提高了中子探测效率。在这项研究中,我们将尝试利用这些新获得的中子信息来推进大气中微子的观测和振荡分析。 2022年度,我们持续监测了由于追加引入钆而导致的检测到的中子数和俘获时间常数的变化,并确认追加引入按照预期进行。关于大气中微子的分析,我们开发了一种通过中微子反应中发生的中微子产生位置到捕获位置的位移来估计中子动量来重建中微子能量和到达方向的方法。与仅观察的情况相比,到达方向有所改善我们还估计了使用这种新的重建方法时对质量等级的敏感性,并证实在不考虑系统误差的情况下敏感性会提高。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 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
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 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
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三木 信太郎其他文献

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