原子炉を使ったニュートリノ振動パラメータの精密測定

使用核反应堆精确测量中微子振荡参数

基本信息

批准号：
04J03111
负责人：
清水格
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04J03111/
关键词：
ニュートリノニュートリノ振動現象

项目摘要

KamLAND (Kamioka Liquid Scintillator Anti-Neutrino Detector)実験では、液体シンチレータの大発光特性を生かし、平均距離、約180kmの原子炉や地球から飛来する反ニュートリノの観測を行なっている。昨年度までの原子炉ニュートリノの研究で、99.998%の信頼度でニュートリノの消失を確認すると同時に、ニュートリノ振動の重要な特徴となるスペクトルの歪みも99.78%の信頼度で確かめられた。KamLANDにおいて振動パラメータをさらに精密に測定するには、統計量の拡大と系統誤差の縮小が必要となる。統計量の拡大にはこれまでの半径5.5m球の有効体積(697m^3)を拡大し検出器外側のデータも解析に取り入れることが目標となる。有効体積を拡大するにあたって、最も顕著なバックグラウンドは検出器外側と低エネルギー領域にある偶発イベントであるが、これらのイベントは検出閾値を高くすることで除かれる。また、ミューオン起源の高速中性子は検出器外側に集中する。エネルギーの高い領域では、高速中性子のバックグラウンドが支配的になるため、ミューオンの軌跡と中性子生成のプロセスを含めた詳細なシミュレーションが必要となる。検出器に到達する高速中性子数を見積もる際に、最も不定性が大きいのはミューオンによる中性子の生成プロセスである。この不定性を抑えるために、検出器外側にある外部検出器を通過したミューオンを用いて、中性子生成量に対する校正を行なう。外部検出器との同時計測を用いて観測された中性子生成量とミューオンフラックスから予想される生成量との違いは1.5倍程度であった。また、ミューオンが外部検出器を通過しない場合でも、約半数はミューオンがおこす電磁シャワーによって外部検出器で観測できることが分かった。この結果、原子炉ニュートリノの観測エネルギー領域において高速中性子のバックグラウンドは全体積で0.002events/day程度となり、原子炉ニュートリノイベント数0.8events/dayに対して十分に小さくなることが確かめられた。2002年3月9日から2004年10月31日までのデータ(749.1日)を用いて解析を行い、3.0MeV以上のエネルギー領域において有効体積をこれまでの半径5.5m球から半径6.0m球に拡大したところ、統計量は1.3倍となり振動パラメータに対する感度が向上した。その結果、>99%の信頼度で振動パラメータを質量2乗差Δm^2=7.9x10^<-5>eV^2付近のみに絞り込むことができた。

在Kamioka液体scinti-neutrino探测器实验中，平均距离大约有180 km的反应堆和抗神经替代物，它利用了液体闪烁体的较大光特性。直到去年的中微子的研究证实了中微子的损失为99.998％，与此同时，频谱的失真是中微子振动的重要特征，以99.78％的身份确认。为了更精确地测量振动参数，有必要增加统计量并减少系统误差。目的是将前5.5m球（697m^3）的有效体积（697m^3）扩展到分析中。扩展有效体积的最突出的背景是偶然的事件，位于检测器外部和低能区域，但通过增加检测阈值来排除这些事件。此外，起源于若子的高速中子集中在检测器之外。在高能源区域中，需要高速中子的背景是主导的，因此需要详细的模拟，包括muon轨迹和中子产生过程。当估计到达检测器的高速中立儿童的数量时，最大的不便是中子的鼻孔产生过程。为了抑制这种不便，对使用检测器以外的外部检测器产生的中子数量进行了校对。使用相同的时钟测量与外部检测器观察到的中子产生之间的差异，以及从MUON通量产生的预期量约为1.5倍。已经发现，即使车轮没有穿过外部探测器，也可以用带有电磁淋浴的外部检测器观察到大约一半的μ子。结果，可以证实，核反应堆中微子中高速中子的背景对于整体堆栈的/天约为0.002events/天，反应堆Neutrenos事件的数量为0.8事件/天的降低充分减少。分析是使用2002年3月9日至2004年10月31日（749.1st）的数据进行的，并且从前一个3.0mev的半径为5.5m的有效体积为6.0 m。并提高了对振动参数的敏感性。结果，> 99％的可靠性只能在质量2美元Δm^2 = 7.9x10^<-5> ev^2左右缩小振动参数。