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

通过光谱分析和振荡参数的精确测量直接验证中微子振荡现象

• 批准号: 03J05507
• 负责人: 長谷川 雅也
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J05507/
• 关键词: ニュートリノ振動; フレーバー混合

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。

今年，为了详细研究中微子反应，我们将分析前年安装在K2K实验前置探测器中的“全传感闪烁体径迹探测器（SciBar）”获得的中微子数据，并对中微子数据进行分析我们利用所有数据验证了中微子振荡现象，并测量了振荡参数（特别是质量平方差Δm^2）。关于中微子反应的研究，近年来观察到小动量传递反应的反应截面比理论预测的要小，我们证明了单介子形成反应（ν+C→）。 μ+π+C)是造成这个问题的主要原因，实际测量的是横截面积。这是世界上第一个在我们的能量范围（~1 GeV）内的测量结果，被认为对中微子反应理论产生了巨大影响。研究结果已被汇编成论文并已发表。 （PRL95 252301）。为了验证振荡现象，我们首先使用中微子产生目标之后安装的预探测器（包括 SciBar 探测器）的数据测量了中微子束产生后的特性（通量、能谱），并预测了中微子束的数量。在没有卫星的情况下，250 公里外的超级神冈 (SK) 观测到的事件和能谱。接下来，我们将SK的观测结果与预测进行了比较，证实了中微子振荡现象的存在，置信度为99.997%（4.2σ）。关于振动参数，Δm^2 的测量精度也约为 20%，这是目前最严格的限制之一。上述结果已在日本物理学会报告。

项目成果

Search for Dark Matter WIMPs using Upward Through-going Muons in Super-Kamiokande

• DOI: 10.1103/physrevd.70.083523
• 发表时间: 2004-04
• 期刊: Ecotoxicology and environmental safety
• 影响因子: 6.8
• 作者: S. Desai;Y. Ashie;S. Fukuda;Y. Fukuda;K. Ishihara;Y. Itow;Y. Koshio;A. Minamino;M. Miura;S. Moriyama;M. Nakahata;T. Namba;R. Nambu;Y. Obayashi;N. Sakurai;M. Shiozawa;Y. Suzuki;H. Takeuchi;Y. Takeuchi;S. Yamada;M. Ishitsuka;T. Kajita;K. Kaneyuki;S. Nakayama;A. Okada;T. Ooyabu;C. Saji;M. Earl;E. Kearns;J. Stone;L. Sulak;C. Walter;W. Wang;M. Goldhaber;T. Barszczak;D. Casper;J. P. Cravens;W. Gajewski;W. Kropp;S. Mine;D. Liu;M. Smy;H. Sobel;C. Sterner;M. Vagins;K. Ganezer;J. Hill;W. Keig;J. Kim;I. Lim;R. Ellsworth;S. Tasaka;G. Guillian;A. Kibayashi;J. Learned;S. Matsuno;D. Takemori;M. Messier;Y. Hayato;A. Ichikawa;T. Ishida;T. Ishii;T. Iwashita;J. Kameda;T. Kobayashi;T. Maruyama;K. Nakamura;K. Nitta;Y. Oyama;M. Sakuda;Y. Totsuka;A. Suzuki;M. Hasegawa;K. Hayashi;T. Inagaki;I. Kato;H. Maesaka;T. Morita;T. Nakaya;K. Nishikawa;T. Sasaki;S. Ueda;S. Yamamoto;T. Haines;S. Dazeley;S. Hatakeyama;R. Svoboda;E. Blaufuss;J. Goodman;G. Sullivan;D. Turcan;K. Scholberg;A. Habig;C. Jung;T. Kato;K. Kobayashi;M. Małek;C. Mauger;C. Mcgrew;A. Sarrat;E. Sharkey;C. Yanagisawa;T. Toshito;C. Mitsuda;K. Miyano;T. Shibata;Y. Kajiyama;Y. Nagashima;M. Takita;M. Yoshida;H. Kim;H. Okazawa;T. Ishizuka;Y. Choi;H. Seo;Y. Gando;T. Hasegawa;K. Inoue;J. Shirai;A. Suzuki;M. Koshiba;T. Hashimoto;Y. Nakajima;K. Nishijima;T. Harada;H. Ishino;M. Morii;R. Nishimura;Y. Watanabe;D. Kiełczewska;J. Zalipska;R. Gran;K. Shiraishi;K. Washburn;R. Wilkes

Search for coherent charged pion production in neutrino-carbon interactions

寻找中微子-碳相互作用中相干带电π介子的产生

• 发表时间: 2005
• 期刊: Physical Review Letters 16巻
• 作者: M.Hasegawa et al.

Solar neutrino measurements in Super-Kamiokande-I

• DOI: 10.1103/physrevd.73.112001
• 发表时间: 2006-06-01
• 期刊: PHYSICAL REVIEW D
• 影响因子: 5
• 作者: Hosaka, J.;Ishihara, K.;Wilkes, R. J.
• 通讯作者: Wilkes, R. J.

The K2K SciBar Detector

K2K SciBar 探测器

• 发表时间: 2004
• 期刊: Nuclear Physics B (Proceedings Supplements) Vol.139
• 作者: Tominaga;N.; Deng;J.; Mazzali;P.A.; Maeda;K.; Nomoto;K.; Pian;E.; Hjorth;J.; Fynbo;J.P.U.;田中啓一;K.Nitta et al.
• 通讯作者: K.Nitta et al.

M.H.Ann et al.: "Indication of neutrino oscillation in a 250km long baseline experiment"Physical Review Letters. 90・4. 1801 (2003)

M.H.Ann 等人：“250 公里长基线实验中的中微子振荡的指示”《物理评论快报》90・4（2003 年）。